2014 年秋季学期本科生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目:机电一体化系统设计 学生所在院（系）:机电工程学院 学生所在专业:机械设计制造及自动化学生姓名:汪珈右 学号:1110810710 考核结果阅卷人
智能控制技术在机电一体化系统中的应用 1108107 汪珈右 摘要：不同于传统机械系统，在机电一体化系统中，特别重视对智能控制技术的应用。智能控制与机电一体化系统的完美结合，有效改善了机电一体化系统存在的各种缺陷。本文综述了智能控制技术的相关知识，并论述了其在机电一体化系统中的应用。 关键字：机电一体化；机械电子；智能控制；系统 前言 机电一体化系统主要是指由动力与驱动部分、机械本体、传感测试部分、执行机构、控制及信息处理部分所组成，并利用电子计算机的信息处理技术、控制功能、以及可控驱动元件特性来运行的一种现代化机械系统。所谓智能控制系统，就是指利用集合了人工智能理论、自动控制理论以及信息理论等诸多技术理论，用以实现优化调控机的新技术系统。这是一种当前最为先进的自动化控制技术，一般包括两个方面，即外部环境和控制器。在实际的应用中，通过外部环境提供信息以供控制器做出控制决策，因此无需使用模型，具有很大的环境适应协调能力，在诸多机械设备生产中都具有很大的应用价值，因而成为促进机电一体化的重要技术系统[1]。为了满足人们生产生活中的各种需要，将智能控制技术融入到机电一体化系统中，也就成为的必然的趋势。 1智能控制技术概述 1.1智能控制技术概念 智能控制是指通过计算机模拟人类的思想，通过计算机程序实现对复杂多样的操作进行模拟，从而实现在无人控制的情况下完成机械控制并实现机械的自动化生产。通过智能控制能够帮助人类解决很多复杂的问题和实现很多复杂的操作，同时极大的提高操作的精度，使得机械制造业能够制造出更加精密的设备。智能控制系统与传统控制系统相比较具有更加方便快捷、更加精确、更加安全的优势，通过智能控制系统能够最大限度地精简参与生产的人员，在人类肉眼不可能达到的精密层级进行操作，使机械设备在一些人类不能到达的空间进行工作。随着科学技术的快速发展，智能控制系统已经在工业中大放异彩，随着其与其他技术的完美结合，已经为人类做出了极大的贡献[2]。 1.2智能控制与传统控制的区别 （1）智能控制是对传统控制理论的延伸和发展，智能控制在传统控制的基础上发展出更高效的控制技术。智能控制系统运用分布式及开放式结构综合、系统地进行信息处理，并不只是达到对系统某些方面高度自治的要求，而是让系统做到统筹全局的整体优化。 （2）智能控制综合了很多有关调控方式理论知识的学科，与传统控制理论将反馈控制理论作为核心的理论体系相比，智能控制理论以自动控制理论、人工智能理论、运筹学、信息论的交叉为基础。 （3）传统控制只是解决单一的、线性的控制问题，与之相比，智能控制解决了传统控制无法解决的问题，通常是将多层次的、有不确定性的模型、时变性、非线性等复杂任务作为主要控制对象。 （4）传统控制通过运动学方程、动力学方程及传递函数等数学模型来进行系统描述。相较而言，智能控制系统把对数学模型的描述、对符号和环境的识别以及数据库和推力器的设计等方面设为重点。
分层递阶自组织控制概述 摘要：智能控制在现代控制理论中占据着重要的地位，且是解决现代复杂大系统控制问题的有效方法。作为智能控制最早的理论之一，分层递阶 自组织控制已广泛应用于各个领域，因此，学习了解分层递阶自组织 控制的基本原理及其应用对于学习智能控制是十分必要的。本文概括 地介绍了分层递阶自组织控制的基本结构和原理，并以其在全自主移 动机器人和智能交通中的应用概述了其在各个领域的应用情况。 关键字：智能控制，分层递阶自组织控制，基本原理，应用 引言 控制理论自产生至今经历了三个发展阶段，前两个阶段分别为“经典控制理论”时期和“现代控制理论”时期；而到了20世纪70年代末，控制理论向着“大系统理论”、“智能控制理论”和“复杂系统理论”的方向发展。在这一阶段中，有关系统的研究从简单到复杂，人们面临的是解决大系统、巨系统和复杂系统的控制问题。智能控制理论是研究和模拟人类只能活动及其控制与信息传递过程的规律，研制具有某些拟人智能的工程控制与信息处理系统的理论。 智能控制就是能在适应环境变化的过程中模仿人和动物所表现出来的优秀控制能力（动觉智能）的控制[1]。智能控制是人工智能技术、计算机科学技术与自动控制技术交叉的产物。控制的要求、人工智能的方法和计算机软硬件基础构成了智能控制发展的基础。智能控制自被提出以来，已逐渐形成了：分级递阶自组织控制、模糊控制、神经网络控制和仿人智能控制等方向。 分层递阶自组织控制即分级递阶智能控制(hierarchically intelligent control)，它是在研究早期学习控制系统的基础上，并从工程控制论的角度总结人工智能与自适应、自学习和自组织控制的关系之后而逐渐地形成的，也是智能控制的最早理论之一，它对智能控制系统的形成起到了重要的作用。 1、分层递阶自组织控制理论的提出与发展 60年代，自动控制理论和技术的发展已渐趋成熟，控制界的学者为了提高
智能控制理论简述 智能控制（intelligent controls）在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。智能控制是指驱动智能机器自主地实现其目标的过程,即无需人的直接干预就能独立地驱动智能机器实现其目标。其基础是人工智能、控制论、运筹学和信息论等学科的交叉,也就是说它是一门边缘交叉学科。 控制理论发展至今已有100多年的历史，经历了“经典控制理论”和“现代控制理论”的发展阶段，已进入“大系统理论”和“智能控制理论”阶段。智能控制理论的研究和应用是现代控制理论在深度和广度上的拓展。20世纪80年代以来，信息技术、计算技术的快速发展及其他相关学科的发展和相互渗透，也推动了控制科学与工程研究的不断深入，控制系统向智能控制系统的发展已成为一种趋势。 近20年来,智能控制理论(IntelligentControl Theory)与智能化系统发展十分迅速[1].智能控制理论被誉为最新一代的控制理论,代表性的理论有模糊控制(Fuzzy Control)、神经网络控制(Neural Networks Control)、基因控制即遗传算法(Genetic Aigorithms)、混沌控制[2](Chaotic Control)、小波理论[3](Wavelets Theo-ry)、分层递阶控制、拟人化智能控制、博奕论等.应用智能控制理论解决工程控制系统问题,这样一类系统称为智能化系统。它广泛应用于复杂的工业过程控制[4]、机器人与机械手控制[5]、航天航空控制、交通运输控制等.它尤其对于被控对象模型包含有不确定性、时变、非线性、时滞、耦合等难以控制的因素.采用其它控制理论难以设计出合适与符合要求的系统时,都有可能期望应用智能化理论获得满意的解决。 自从“智能控制”概念的提出到现在,自动控制和人士_智能专家、学者们提出了各种智能控制理论,下面对一些有影响的智能控制理论进行介绍。 （1）递阶智能(Hierarchical IntelligentControl) 阶智能控制是由G.N.Saridis提出的,它是最早的智能控制理论之一。它以早期的学习控制系统为基础,总结人工智能与自适应控制、自学习控制和自组织控制的关系后逐渐形成的。递阶智能控制遵循“精度随智能降低而提高”的原理分级分布。该控制系统由组织级、协调级、执行级组成。在递阶智能控制系统中,
1．递阶智能控制系统的主要结构特点有哪些。 答：递阶智能控制是在研究早期学习控制系统的基础上，从工程控制论角度总结人工智能与自适应控制、自学习控制和自组织控制的关系后逐渐形成的。 递阶智能控制系统是由三个基本控制级（组织级、协调级、执行级）构成的。如下所示： 1. 组织级 组织级代表控制系统的主导思想，并由人工智能起控制作用。根据贮存在长期存储交换单元内的本原数据集合，组织器能够组织绝对动作、一般任务和规则的序列。 其结构如下： 2．协调级 协调级是组织级和执行级间的接口，承上启下，并由人工智能和运筹学共同作用。协
调级借助于产生一个适当的子任务序列来执行原指令，处理实时信息。 它是由不同的协调器组成，每个协调器由计算机来实现。下图是一个协调级结构的候选框图。该结构在横向上能够通过分配器实现各协调器之间的数据共享。 3. 执行级 执行级是递阶智能控制的最底层，要求具有较高的精度但较低的智能；它按控制论进行控制，对相关过程执行适当的控制作用。 其结构模型如下：
2．信息特征，获取方式，分层方式有哪些？ 答：一、信息的特征 1，空间性：空间星系的主要特征是确定和不确定的（模糊）、全空间和子空间、同步和非同步、同类型和不同类型、数字的和非数字的信息，比传统系统更为复杂的多源多维信息。 2，复杂性：复杂生产制造过程的信息往往是一类具有大滞后、多模态、时变性、强干扰性等特性的复杂被控对象，要求系统具有下层的实时性和上层的多因素综合判断决策能力，以保证现场设备局部的稳定运行和在复杂多变的各种不确定因素存在的动态环境下，获得整个系统的综合指标最优。 3，污染性：复杂生产制造过程的信息都会受到污染，但在不同层次的信息受干扰程度不同，层次较低的信号受污染程度较大。 二、获取方式 信息主要是通过传感器获得，但经过传感器后要经过一定的处理来得到有效的信息，具体处理方法如下： 1，选取特征变量 可分为选择特征变量和抽取特征变量。选择特征变量直接从采集样本的全体原始工艺参数中选择一部分作为特征变量。抽取特征变量对所选取出来的原始变量进行线性或非线性组合，形成新的变量，然后去其中一部分作为特征变量。 2，滤波的方法 数字滤波用计算机软件滤波，通过一定的计算程序对采样信号进行平滑加工，提高信噪比，消除和减少干扰信号，以保证计算机数据采集和控制系统的可靠性。模拟滤波用硬件滤波。 3，剔除迷途样本 使用计算机在任意维空间自动识别删除迷途样本。 三、分层方式 1，通过计算机系统进行信号分层 2，人工指令分层 3，通过仪器设备进行测量，将数据进行分层 4，先归类，后按照一定的规则集合分层 3．详细描述数据融合的流程和方法 答：数据融合是指利用计算机对按时序获得的若干观测信息，在一定准则下加以自动分析、综合，以完成所需的决策和评估任务而进行的信息处理。 一、数据融合的流程： 分析数据融合目的和融合层次→→智能地选择合适的融合算法→→将空间配准的数据（或提取数据的特征或模式识别的属性说明）进行有机合成→→准确表示或估计。有时还需要做进一步的处理，如"匹配处理"和"类型变换"等，以便得到目标的更准确表示或估计。 具体可分为： 1，特征级融合 经过预处理的数据→→特征提取→→特征级融合→→融合属性说明 2，像元级融合
填空题（每空1分，共20分） 控制论的三要素是：信息、反馈和控制。 传统控制是经典控制和现代控制理论的统称。 智能控制系统的核心是去控制复杂性和不确定性。 神经元（即神经细胞）是由细胞体、树突、轴突和突触四部分构成。 按网络结构分，人工神经元细胞可分为层状结构和网状结构按照学习方式分可分为：有教师学习和无教师学习。 前馈型网络可分为可见层和隐含层，节点有输入节点、输出节点、计算单元。 神经网络工作过程主要由工作期和学习期两个阶段组成。 1、智能控制是一门控制理论课程，研究如何运用人工智能的方法来构造控制系统和设计控制器；与自动控制原理和现代控制原理一起构成了自动控制课程体系的理论 基础。 2、智能控制系统的主要类型有：分级递阶控制系统，专家控制系统，学习控制系统，模糊控制系统，神经控制系统，遗传算法控制系统和混合控制系统等等。 3、模糊集合的表示法有扎德表示法、序偶表示法和隶属函数描述法。 4、遗传算法是以达尔文的自然选择学说为基础发展起来的。自然选择学说包括以下三个方面：遗传、变异、适者生存。 5、神经网络在智能控制中的应用主要有神经网络辨识技术和神经网络控制技术。 6、在一个神经网络中，常常根据处理单元的不同处理功能，将处理单元分成输入单元、输出单元和隐层单元三类。 7、分级递阶控制系统：主要有三个控制级组成，按智能控制的高低分为组织级、协调级、执行级，并且这三级遵循“伴随智能递降精度递增”原则。 传统控制方法包括经典控制和现代控制，是基于被控对象精确模型的控制方式，缺乏灵活性和应变能力，适于解决线性
、时不变性等相对简单的控制。 智能控制的研究对象具备以下的一些特点：不确定性的模型、高度的非线性、复杂的任务要求。 IC(智能控制)=AC(自动控制)∩AI(人工智能) ∩OR(运筹学) AC：描述系统的动力学特征，是一种动态反馈。 AI ：是一个用来模拟人思维的知识处理系统，具有记忆、学习、信息处理、形式语言、启发推理等功能。OR：是一种定量优化方法，如线性规划、网络规划、调度、管理、优化决策和多目标优化方法等。 智能控制：即设计一个控制器，使之具有学习、抽象、推理、决策等功能，并能根据环境信息的变化作出适应性，从而实现由人来完成的任务。 智能控制的几个重要分支为模糊控制、神经网络控制和遗传算法。 智能控制的特点：1，学习功能2，适应功能3，自组织功能4，优化功能 智能控制的研究工具：1，符号推理与数值计算的结合2，模糊集理论3，神经网络理论4，遗传算法5，离散事件与连续时间系统的结合。 智能控制的应用领域，例如智能机器人控制、计算机集成制造系统、工业过程控制、航空航天控制和交通运输系统等。 10、专家系统：是一类包含知识和推理的智能计算机程序，其内部包含某领域专家水平的知识和经验，具有解决专门问题的能力。 11、专家系统的构成：由知识库和推理机（知识库由数据库和规则库两部分构成） 18、专家控制的特点：灵活性、适应性和鲁棒性。 19、模糊控制是以模糊集理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种智能控制方法。，它从行为上模仿人的模糊推理和决策过程。 20、模糊控制理论具有一些明显的特点：1，模糊控制不需要被控对象的数学模型2，
机电系统的智能控制技术 发表时间：2018-06-20T13:55:10.027Z 来源：《防护工程》2018年第4期作者：李莹[导读] 国家社会经济的不断进步与发展，极大地促进了机电系统的智能控制技术的飞跃。 中建二局第二建筑工程有限公司广东深圳 518000 摘要：国家社会经济的不断进步与发展，极大地促进了机电系统的智能控制技术的飞跃。研究其相关课题，对于提升整体控制效果具有极为关键的意义。文章对智能控制相关内容做了概述，分析了智能控制系统分类，并就智能控制在机电一体化系统中的应用做了论述，望对相关工作的开展有所裨益。 关键词：机电系统；智能；控制；技术 1 前言 随着机电系统的智能控制技术应用条件的不断变化，对其实际应用提出了新的要求，因此有必要对其相关课题展开深入研究与探讨，以期用以指导相关工作的开展与实践。基于此，本文从概述相关内容着手本课题的研究。 2 智能控制概述 所谓的智能控制指的就是在没有人为的干预下能够自主驱动智能机器，从而有效完成对目标进行自动控制的技术，换句话来说就是用计算机对人类的大脑进行模拟，从而完场智能控制。智能控制在当今的社会是一种非常重要的技术，应用范围非常广泛，有着不可或缺的作用。在机电一体化系统中，有很多复杂多样的控制任务和控制目的，这些控制任务和控制目的以传统的控制手段来完成是非常复杂和不方便的，而智能控制的出现正好可以解决这一问题，使得机电一体化系统的实际操作更加的简单方便，同时还能更好的完成控制任务。对于智能控制来说，传统控制只是其中最为简单的一个部分，真正的智能控制是由多个学科相互交叉而成，而在众多的学科中最为主要的就是自动控制论、信息论、人工智能以及运筹学等学科。与传统控制相比较而言，智能控制有着一些非常明显的优点和特征，其中最为主要的特征主要有七个方面，分别是智能控制的核心在高层控制、智能控制具有变结构特点、智能控制器具有非线性特性、智能控制器具有总体自寻优特征、智能控制一个新兴的技术、属于一门边缘交叉学科以及其能够满足更多的要求和目标。智能控制主要分为了六种类型，分别是：混合或者集成控制、专家控制系统、分级递阶控制系统、学习控制系统、人工神经网络控制系统、组合智能控制系统以及金华计算与遗传算法。 3 智能控制系统分类 3.1 分级控制 分级控制是分级递阶智能控制的简称，在这一系统当中，其运作主要是以自组织控制、自适应控制等作为前提来加以实现的。一般情况下，在分级控制的古城中，会有不同方面的控制，包括协调级、组织级以及执行级，每一集的功效具有独特性。 3.2 学习控制 学习控制系统借助的是对自身内部结构的认知、辨识以及调整，可以利用相关数据信息的循环输入处理，从而使得整个系统运行的有效性得到充分的保证；除此之外，在实际的运行过程当中，学习控制系统还能够以部分非预制信息为参照来进行自控。 3.3 专家控制 在这一系统当中，其本质上是将人的知识、技能以及经验等进行整合，将其应用到计算机系统当中的一种重要方式。在实际的运行过程中，专家控制系统能够依据计算机当中所发出来的各种指令程序来对不同的操作相应的完成。在专家系统当中，一般情况下由于存储了比较多的理论知识与经验，所以在面对各种实际问题的时候，可以进行有效地辨识从而进行处理，提高处理结果的有效性。 3.4 神经网络控制 在当前阶段中，人工神经网络控制是应用比较广泛的一种控制系统，在这种智能控制系统当中，其结构布设是以人体的神经网络为重要参照，利用人工神经元、神经细胞来进行构成的。 4 智能控制在机电一体化系统中的应用 4.1 智能控制在工业生产中应用 智能控制应用在工业生产中能够极大地提高工业生产效率，在工业工艺过程，如专家控制器和神经元网络控制器等控制器的设计中，就可以引进智能控制。工业生产过程是一个庞大复杂的生产过程，单单利用人工是难以完成的，对整个工艺的操作和控制、以及对整个过程故障的诊断等都需要智能控制的参与，而且智能控制在未来的工业生产中将占据绝对主导地位。 4.2 智能控制在机器人领域的应用 在控制参数方面，机器人要求控制参数是多变的；在动力学方面，机器人具有时变性、非线性和强耦合的要求；在传感器信息方面，机器人具有多信息要求；在控制任务方面，机器人具有多任务的要求。分析机器人和智能控制的特点可以发现，智能控制非常适合应用于机器人领域。 如今，在机器人领域的很多方面都应用了智能控制技术。例如，利用智能控制技術可以有效控制机器人手臂的动作、姿态；利用多传感器信息融合技术、信息处理技术和控制技术对机器人的行走路径、停留位置和躲避障碍物等动作进行控制。 随着智能控制方法的不断发展，它们的实用性、可靠性和优越性已经在很多应用系统中得到证明。神经网络控制具有很强的鲁棒性和容错功能，通过利用神经元之间的联结和权值的分布表示特定的信息，并对各传感器接受到的信息进行处理，最后以直接自校正控制等方式对机器人进行控制；模糊控制具有很强的鲁棒性，建立在模糊集合、模糊推理和模糊语言变量的基础之上。模糊控制广泛应用于机器人的建模、控制等很多方面。模糊控制首先对被控对进行建模，在同时考虑控制规则和模糊变量的隶属度函数的基础上，利用模糊控制器，对机器人机械控制；在设计与规划机器人路径的时候主要用到免疫算法，再结合遗传算法和进化算法，可以对控制程序和控制技术进行优化。 4.3 智能控制在数控领域的应用
智能控制综述 摘要：本文首先介绍了智能控制的发展和智能控制系统的结构和特点以及与传统控制的关系。然后，综述几种智能控制研究的主要内容。 关键词：智能控制、自动控制、研究内容 1、智能控制的发展 任何一种科学技术的发展都由当时人们的生产发展需求和知识水平所决定和限制，控制科学也不例外。1948年，美国著名的控制论创始人维纳（N.Wiener）在它的著作《控制论》中首次将动物与机器相联系。1954年钱学森博士在《工程控制论》中系统的阐明了控制论对航空航天和电子通讯等领域的意义及影响，1965年傅京孙（K.S.Fu）教授首先把人工智能的启发式推理规则用于学习控制系统，又于1971论述了人工智能与自动控制的交集关系，成为国际公认的智能控制的先行者和奠基人[1]。 20世纪60年代，随着航海技术，空间技术的发展，控制领域面临着人们对其性能要求愈来愈高和被控对象的复杂性和不确定性，被控对象的复杂性和不确定性主要表现在被控对象的非线性和不确定性，以及分散的传感元件与执行元件，复杂的信息网络和庞大的数据量。而传统控制在解决这些问题时存在三方面的问题：一、由于传统控制理论是建立在以微积分为工具的精确模型上，所以无法对高度复杂和不确定的被控对象进行描述；二、传统控制理论中的自适应控制和Robust控制虽可克服系统中所包含的的不确定性，达到优化控制的目的，但这些方法只适用于缓慢变化的情况。三、传统控制系统输入较单一，而面对海量信息（视觉的、听觉的、触觉的等）的复杂环境，智能控制应运而生。 智能控制是对传统控制的补充和发展，是自动控制发展的高级阶段，而传统控制是智能控制产生的基础。 国内对智能控制的研究今年来也十分活跃。从八十年代人工智能与系统科学相结合到863计划的实施，智能控制在我国的发展已有稳固的基础。 2、智能控制结构与特点 智能控制是自动控制发展的高级阶段，是人工智能、控制论、系统论、信息论、仿生学、和计算机等多种学科的高度结合，是一门新兴的边缘交叉学科。它不仅包含了自动控制、人工智能、系统理论和计算机科学，而且还涉及到生物学，正在成为自动化领域中最兴旺和发展最迅速的一个分支学科[2]。 （1）智能控制具有明显的跨学科、多元结构特点。至今，智能控制方面的专家已提出二元结构、三元结构、四元结构等三种结构，它们可分别以交集的形式表示如下： IC=AI∩AC (1) IC=AI∩CT∩OR (2) IC=AI∩CT∩ST∩OR (3) 上式中，各子集的含义为 AI——人工智能；AC——自动控制；CT——控制论； OR——运筹学；ST——系统论；IC——智能控制。 智能控制的二元交集结构、三元交集结构和四元交集结构分别由傅京孙、萨克迪斯（G.N.Saridis）和蔡自兴于1971,1977和1986年提出的[3]，以上的交集表达式也可表示成如下图1、2、3的形式：
第!卷第"期计算机集成制造系统—#$%& ’()*!+(*",--,年"月 #(./0123$412536127%640869103:45&;<12.<=! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!0)*,--, 文章编号：>--?@AB>>（,--,）-"@-AA>@-C 复杂工业系统的分布式递阶智能控制研究 王耀南 收稿日期：,-->@>-@>?；修订日期：,--,@-C @>A 。 基金项目：国家!?D E #$%&主题资助项目（!?D @A>>@B!CA--,）。 作者简介：王耀南（>BA"@），男，江西人，湖南大学电气与信息工程学院博士，教授，博士生导师，主要从事智能自动化技术、复杂系统智能控 制理论与应用、#$%&、 智能机器人视觉检测与控制等研究。（湖南大学电气与信息工程学院，湖南 长沙 C>--!,） 摘要：研究了复杂工业系统的现场数据检测、信息融合、控制、管理与决策及运行状态等特点，提出了一种分 布式递阶智能控制方法、多传感器信息融合处理方法和专家模糊神经网络的过程控制器。经仿真实验和复杂工业过程（冶金、电力）的应用表明，该方法和控制系统具有良好效果。 关键词：复杂工业系统；分布式智能控制；多传感器信息融合；专家模糊神经网络中图分类号：FG,"D H *A 文献标识码：I 现代化工业生产的规模日益扩大，其复杂程度也越来越高，很多系统已通过计算机网络实现了集散控制，因此，迫切需要研究对复杂工业系统实施分布式智能控制的理论和方法，以适应市场竞争，降低生产成本，提高产品质量，获得更大的经济效 益［>J "。 复杂工业系统与传统系统具有本质的区别，表 现为：!复杂的信息模型及其分布式传感器、 数据量、计算量增加；"增加了信息处理复杂性和模型描述的多样性；#精确建模日益困难；$存在大量不定因素，如环境动态变化，输入信息中的噪声、干扰与误差、信息未知性、不完全性等；%多层次、 多任务的控制要求［,］。这些都使传统的控制理论与方法难以直接运用。为了合理地给定各个控制回 路的期望值，使整个控制系统满足生产目标的要求，以及被控过程运行处于最佳状态，本文提出了综合集成智能控制新技术，并对各个层次的建模、控制、优化与集成等提出了新的设计思想与实现技术。 !分布式递阶智能控制系统设计 针对流程复杂工业过程的特点和分布式递阶智能协调控制的要求，提出了一种有效的集散递阶智能控制结构（如图>）。该结构集多传感器信息 融合、多种智能技术和人机协作于一体。图中整个智能协调控制系统划分为组织级、智能协调级、多传感器信息融合级和生产过程执行级。 （>）组织级它是整个系统的高层机构，主要 完成任务规划、决策、生产计划和优化调度；对智能协调级的工作进行监督、指导与评价；收集环境信息，接受人的监督、指导与学习，向人提供必要的工况过程信息，而人类专家为智能组织级提供的教师信号，有效地修改智能协调级，使整个智能控制系统的品质逐步改进，并且实现整个生产目标的实施。 （,）智能协调级 它接受来自组织级的指令和 每一子任务执行过程中的反馈信息，同时在线实时监控生产过程执行级；协调执行级的执行过程，并优化执行级的控制指标和参数等。 （D ）多传感器信息融合级 它通过多种传感器 采集生产过程中设备运行状态、生产指标、参数以及各被控对象的反馈信号等；经信号预处理、特征提取和信息融合，提供组织级、协调级融合信息，对当前生产过程状态进行识别、决策、控制和故障诊断等。 （C ）生产过程执行级 它对生产过程的各过 程、环节、单元回路、被控对象（如：转速、位置、温度、压力和流量等）进行特定的控制和检测。它要 万方数据
智能控制论文 摘要：基于智能控制和常规控制的本质区别和内在联系，对智能控制的概念进行了研究，同时介绍了智能控制的学科基础和主要分支，并且总结了智能控制的基本分析方法，最后指出了智能控制的实现中存在的一些问题。 关键词智能控制，人工控制，控制论 1 引言 自1971年傅京孙教授提出“智能控制”概念以来，智能控制已经从二元论（人工智能和控制论）发展到四元论（人工智能、模糊集理论、运筹学和控制论），在取得丰硕研究和应用成果的同时，智能控制理论也得到不断的发展和完善。智能控制是多学科交叉的学科，它的发展得益于人工智能、认知科学、模糊集理论和生物控制论等许多学科的发展，同时也促进了相关学科的发展。智能控制也是发展较快的新兴学科，尽管其理论体系还远没有经典控制理论那样成熟和完善，但智能控制理论和应用研究所取得的成果显示出其旺盛的生命力，受到相关研究和工程技术人员的关注。随着科学技术的发展，智能控制的应用领域将不断拓展，理论和技术也必将得到不断的发展和完
善。 2 智能控制的概念 智能控制的定义一: 智能控制是由智能机器自主地实现其目标的过程.而智能机器则定义为,在结构化或非结构化的,熟悉的或陌生的环境中,自主地或与人交互地执行人类规定的任务的一种机器. 定义二: K.J.奥斯托罗姆则认为,把人类具有的直觉推理和试凑法等智能加以形式化或机器模拟,并用于控制系统的分析与设计中,以期在一定程度上实现控制系统的智能化定义三: 智能控制是一类无需人的干预就能够自主地驱动智能机器实现其目标的自动控制,也是用计算机模拟人类智能的一个重要领域.,这就是智能控制.他还认为自调节控制,自适应控制就是智能控制的低级体现. 定义四: 智能控制实际只是研究与模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律,研制具有仿人智能的工程控制与信息处理系统的一个新兴分支学科。 3 智能控制系统的类型 1)集成或者（复合）混合控制几种方法和机制往往结合在一起,用于一个实际的智能控制系统或装置,从而建立起混合或集成的智能控制系统. 2）分级递阶控制系统分级递阶智能控制是在自适应控制和自组织控制基础上,由美国普渡大学Saridis提出的
1-1试述热电偶的测温原理，工业上常用的测温热电偶有哪几种？什么热电偶的分度号？在什么情况下要使用补偿导线？ 答：a、当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时，若两个接点温度不痛，回路中就会出现热电动势，并产生电流。 b、铂极其合金，镍铬-镍硅，镍铬-康铜，铜-康铜。 c、分度号是用来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列。 d、在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势时，自动补偿冷端温度变化，以保证测量精度，为了节约，作为热偶丝在低温区的替代品。 1-2热电阻测温有什么特点？为什么热电阻要用三线接法？ 答：a、在-200到+500摄氏度范围内精度高，性能稳定可靠，不需要冷端温度补偿,测温范围比热电偶低，存在非线性。 b、连接导线为铜线，环境温度变化，则阻值变，若采用平衡电桥三线连接，连线R使桥路电阻变化相同，则桥路的输出不变，即确保检流计的输出为被测温度的输出。 1-3说明热电偶温度变送器的基本结构，工作原理以及实现冷端温度补偿的方法。在什么情况下要做零点迁移？ 答：a、结构：其核心是一个直流低电平电压-电流变换器，大体上都可分为输入电路、放大电路及反馈电路三部分。 b、工作原理：应用温度传感器进行温度检测其温度传感器通常为热电阻，热敏电阻集成温度传感器、半导体温度传感器等，然后通过转换电路将温度传感器的信号转换为变准电流信号或标准电压信号。 c、由铜丝绕制的电阻Rcu安装在热电偶的冷端接线处，当冷端温度变化时，利用铜丝电阻随温度变化的特性，向热电偶补充一个有冷端温度决定的电动势作为补偿。桥路左臂由稳压电压电源Vz（约5v）和高电阻R1（约10K欧）建立的恒值电流I2流过铜电阻Rcu，在Rcu 上产生一个电压，此电压与热电动势Et串联相接。当温度补偿升高时，热电动势Et下降，但由于Rcu增值，在Rcu两端的电压增加，只要铜电阻的大小选择适当，便可得到满意的补偿。 d、当变送器输出信号Ymin下限值（即标准统一信号下限值）与测量范围的下限值不相对应时要进行零点迁移。 1-5力平衡式压力变换器是怎样工作的？为什么它能不受弹性元件刚度变化的影响？ 答：a、被测压力P经波纹管转化为力Fi作用于杠杆左端A点，使杠杆绕支点O做逆时针旋转，稍一偏转，位于杠杆右端的位移检测元件便有感觉，使电子放大器产生一定的输出电流I。此电流通过反馈线圈和变送器的负载，并与永久磁铁作用产生一定的电磁力，使杠杆B 点受到反馈力Ff，形成一个使杠杆做顺时针转动的反力矩。由于位移检测放大器极其灵敏，杠杆实际上只要产生极微小的位移，放大器便有足够的输出电流，形成反力矩与作用力矩平衡。b、因为这里的平衡状态不是靠弹性元件的弹性反力来建立的，当位移检测放大器非常灵敏时，杠杆的位移量非常小，若整个弹性系统的刚度设计的很小，那么弹性反力在平衡状态的建立中无足轻重，可以忽略不计。 1-7试述节流式、容积式、涡流式、电磁式、漩涡式流量测量仪表的工作原理，精度范围及使用特点。 答：a、节流式 工作原理：根据流体对节流元件的推力或在节流元件前后形成的压差等可以测定流量的大小。
未来控制系统的发展趋势 计算机控制系统是在自动控制技术和计算机技术发展的基础上产生的。若 将自动控制系统中的控制器的功能用计算机来实现，就组成了典型的计算机控 制系统。它用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得 一定控制目的而构成的系统。其中辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和 执行装置等。它与被控对象的联系和部件间的联系通常有两种方式：有线方式、无线方式。控制目的可以是使被控对象的状态或运动过程达到某种要求，也可 以是达到某种最优化目标。 计算机控制系统包括硬件组成和软件组成。在计算机控制系统中，需有专 门的数字-模拟转换设备和模拟-数字转换设备。由于过程控制一般都是实时控制，有时对计算机速度的要求不高，但要求可靠性高、响应及时。计算机控制 系统的工作原理可归纳为以下三个过程：(一)实时数据采集.对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。(二)实时决策.对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。 (三)实时控制.根 据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。这三个过程不断重复，使整个系统按照一定的品质指标进行工作，并对被控量和设备本身的异常 现象及时作出处理。 计算机控制系统虽然控制规律灵活多样，改动方便；控制精度高，抑制扰 动能力强，能实现最优控制；能够实现数据统计和工况显示，控制效率高；控 制与管理一体化，进一步提高自动化程度。但是由于经典控制理论主要研究的 对象是单变量常系数线性系统，它只适用于单输入单输出控制系统。系统的数 学模型采用传递函数表示，系统的分析和综合方法主要是基于根轨迹法和频率法。现代控制理论主要采用最优控制、系统辨识和最优估计、自适应控制等分 析和设计方法。而系统分析的数学模型主要用状态空间描述。随着要研究的对 象和系统越来越复杂，依赖于数学模型的传统控制理论难以解决复杂系统的控 制问题。 DCS和工业控制计算机技术正在相互渗透发展，并扩大各自的应用领域。 原来一般流程工业的控制多选用集散型控制系统（DCS），离散型制造业的控制多采用可编程控制器（PLC）。随着DCS和PLC相互渗透发展继而扩大自己的应用领域，将出现DCS和PLC融合于一体的集成过程控制系统。 在传统的集散和分布式计算机控制系统中, 根据完成的不同功能和实际的 网络结构, 系统以网络为界限被分成了多个层次,各层网络之间通过计算机相连。这中复杂多层的结构会造成多种障碍，具有很多缺点。新一代计算机控制系统
参考教材： 1.《集散控制系统原理及应用》何衍庆余金寿化学工业出版社 2.《集散型控制系统的设计和应用》王常力主编，清华大学出版社 3.《管理信息系统－网络化企业的组织与技术》——《Management Information Systems-Organization and Technology in the Networked Enterprise》 https://www.doczj.com/doc/e413307048.html,udon，高等教育出版社 4.《计算机集成制造系统——CIMS概论》白英彩等编著，清华大学出版社 引言 1.什么是DCS、MIS、CIMS DCS：Distributed Control System 集散控制系统、分布式控制系统 MIS：Management Information Systems 管理信息系统 CIMS：Computer Integrated ManufacturING System 计算机集成制造系统 2.为什么要设置这门课 全面了解计算机技术在企业（尤其是过程工业）的广泛应用 重点掌握实现过程过程控制的必备工具——计算机网络、DCS 3.内容安排：上课20学时，实验20学时 4.成绩（实验＋2000字左右的报告） 第一章集散控制系统综述 一、集散控制系统的基本概念 集散控制系统（Total Distributed Control System，亦称分散型综合控制系统，简称DCS）是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统，它是计算机技术、系统控制技术、网络通讯技术和多媒体技术相结合的产物，是完成过程控制、过程管理的现代化设备。 1．集散控制系统的发展历程 DDC,SCC——计算机维护困难，故障较多，价格昂贵 开创期：70中～80年代初 （第一代）第一台：Honeywell, 1975、TDC2000 FOXBORO Spectrum Baily N-90 恒河：CENTUM 雏形，已具有DCS的基本特点，即分散控制，集中管理 成长过渡期：80年代中 （第二代）在原来产品的基础上,进一步提高了可靠性,新开发的多功能过程控制站、增强
2013 年春季学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目:机电一体化技术基础 :机电工程学院 学生所在院 （系） 学生所在专业:机电控制 :刘申 学生姓 名 学 :12S108012 号 考核结果阅卷 人
模糊控制技术在机电一体化系统中的应用 刘申 （哈尔滨工业大学机电工程学院，哈尔滨 510000） 摘要：模糊控制是控制理论发展的新阶段，主要用来解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制问题。由于机电一体化系统控制要求的不断提高，被控对象、环境、控制目标及任务日渐复杂，很多问题难以建立精确的数学模型或者建立的数学模型难以求解。这些都促进了模糊控制技术在机电一体化系统中的应用。模糊控制是以模糊集合理论为基础的一种新兴的控制手段，它是模糊集合理论和模糊技术与自动控制技术相结合的产物。自从这门学科诞生以来，它产生了许多探索性甚至是突破性的研究与应用成果，同时，这一方法也逐步成为了人们思考问题的重要方法论。本文介绍了模糊控制及模糊控制技术在机电一体化系统中的实际应用。 关键字：模糊控制；模糊集合；自动控制技术；机电一体化 Application of Fuzzy Control in Mechanics-electronics Abstract: Fuzzy control is a new stage in the development of control theory. It is mainly used to solve the control problems of complicated systems which are difficult to solve useing the traditional methods. With the rapid improvement on control system of mechanics-electronics, controlled subject, environment, control objective and tasks are increasingly complex. Some problems is hard to establish a precise mathematical model or the established mathematical model is impossible to be answered. All above promote the application of puzzy control technology in mechanics-electronics. Fuzzy control is a new control method based on fuzzy set theory. It is the product of fuzzy set theory and the combination of fuzzy thechnology and automatic control. It has produced many explorative result or even a breakthrough in the study and application of automatic control since the birth of this new method. The method gradually become an important way for common people to solve other problems as welll. This paper make an introduction of puzzy control and its practical application in mechanics-electronics. Key words: Fuzzy control; Fuzzy set; Automatic control; Mechanics-electronics. 0 引言 智能控制是指的是在无人操作控制的状态下，依靠智能机器设备来实现自动化控制的一种新技术，理论研究已经有近百年的历史。模糊控制作为智能控制的一项重要成果，对那些难以预测、难以量化、难以界定、随机性很大的动态特性常变的控制系统，取得了良好的控制效果。 机电一体化技术结合应用机械技术和电子技术于一体。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展，成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术。随着电子技
《智能控制基础》模拟试卷1 教学站学号姓名手机号成绩 开卷 一、判断题（判断下列所述是否正确，正确填入“＋”：错误则填“一”。每题2分，共20分） 1.分层递阶智能控制结构中，执行级的任务是对数值的操作运算，它具有较高的控制精度。（） 2．分层递阶智能控制按照自下而上精确程度渐增、智能程度渐减的原则进行功能分配。（） 3．模糊控制只是在一止程度上模仿人的模糊决策和推理，用它解决较复杂问题叫，还需要建立数学模型。（） 4．在模糊集合的向量表示法中，隶属度为0的项必须用0代替而不能舍弃。（） 5.与传统控制相比，智能模糊控制所建立的数学模型因具有灵活性和应变性，因而能胜任处理复杂任务及不确定性问题的要求。（ x ） 6．智能控制的不确定性的模型包括两类，一类是模型未知或知之甚少：另一类是模型的结构和参数可能在很大范围内变化。 ( √ ) 7．单层感知器用于分类只能解决线性问题。（） 8．可以充分逼近任意复杂的非线性函数关系是神经网络的特点之一。（） 9．知识库和数据库是专家系统的核心部分。（） 10．直接式专家控制系统可以采用单片机来实现。（） 二、选择题(20分，每小题2) 1．某模糊控制器的语言变量选为实际温度与给定温度之差即误差e、误差变化率?e；以及加热装置中可控硅导通角的变化量u，故该模糊控制器为（）。 A．单输出一双输入B．单输出一单输入 C．双输入双输出D．双输入一单输出 2.若模糊集合表示模糊概念“老”，则模糊概念“极老”，相当于乘以模糊算 子Hλ，其中λ=（）。 A．2 B．4 C．1／2 D．1／4 3.在神经网络内模控制结构中，神经网络辨识器用来获得（）。 A．被控对象的正模刑B．被控刘象的逆模型 C．线性滤波器D．控制器 4．已知语言变量论域上的模糊集合及论域中各元素对各模糊集合的隶属度，据此可 建立（） A．语言变量赋值表B．模糊控制器查询表 C．模糊控制规则表D．量化因子计算式 5.误差反向传播算法属于（）学习规则。 第1 页共3 页
《智能控制》大作业 1、简答题： 1.1.根据目前智能控制系统的研究和发展，智能控制系统有哪些类型以及智能控制系统主要有哪些方面的工作可做进一步的探索和开展？ 答: 智能控制系统的类型: ①基于信息论的分级递阶智能控制 ②以模糊系统理论为基础的模糊逻辑控制 ③基于脑模型的神经网络控制 ④基于知识工程的专家控制 ⑤基于规则的仿人智能控制 ⑥各种方法的综合集成 智能控制系统的探索和开展: ①离散事件和连续时间混杂系统的分析与设计； ②基于故障诊断的系统组态理论和容错控制方法； ③基于实时信息学习的规则自动生成与修改方法； ④基于模糊逻辑和神经网络以及软计算的智能控制方法； ⑤基于推理的系统优化方法； ⑥在一定结构模式条件下，系统有关性质（如稳定性等）的分析方法等。 1.2.比较智能控制与传统控制的特点？ 答：智能控制与传统控制的特点。 传统控制：经典反馈控制和现代理论控制。它们的主要特征是基于精确的系统数学模型的控制。适于解决线性、时不变等相对简单的控制问题。 智能控制：以上问题用智能的方法同样可以解决。智能控制是对传统控制理论的发展，传统控制是智能控制的一个组成部分，在这个意义下，两者可以统一在智能控制的框架下。 1.3.简述模糊集合的基本定义以及与隶属函数之间的相互关系。
答：模糊集合：模糊集合是用从0 到1 之间连续变化的值描述某元素属于特定集合的程度，是描述和处理概念模糊或界限不清事物的数学工具。 相互关系：表示隶属度函数的模糊集合必须是凸模糊集合；模糊集合是由其隶属函数刻画的 1.4.画出模糊控制系统的基本结构图，并简述模糊控制器各组成部分所表示的意思？ 答：基本结构图： （1) 模糊化接口：模糊化接口就是通过在控制器的输入、输出论域上定义语言变量，来将精确的输入、输出值转换为模糊的语言值。 (2) 规则库：由数据库和语言（模糊）控制规则库组成。数据库为语言控制规则的论域离散化和隶属函数提供必要的定义。语言控制规则标记控制目标和领域专家的控制策略。 (3) 模糊推理：是模糊控制系统的核心。根据模糊输入和模糊控制规则，获得模糊输出。 (4) 清晰化接口：由模糊推理得到的模糊输出值，只有其转化为精确控制量，才能施加于对象。实行这种转化的方法叫做清晰化/去模糊化/模糊判决 1.5.模糊控制规则的生成方法通常有哪几种，且模糊控制规则的总结要注意哪些问题？