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第3章专家系统控制(3.4专家控制系统)

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专家系统

专家系统

由于规则条数不多，搜索空间很小，推理机构(IE) 就十分简单，采用向前推理方法逐次判别各种规则的 条件，满足则执行，否则继续搜索。
特征识别与信息处理(FR＆IP)部分的作用是实现 对信息的提取与加工，为控制决策和学习适应提供依 据。它主要包括抽取动态过程的特征信息，识别系统 的特征状态，并对特征信息作必要的加工。
设U为专家控制器的输出集， E为专家控制器的输入集， I为推理机构的输出集，K为经验知识集：
E = (R, e, Y, U)，e = R – Y
式中，Ｒ为参考控制输入，ｅ为误差信号，Ｙ为受控输出， Ｕ为控制器的输出集。专家控制器的模型表示为
U = f (E,K,I)
智能算子f为几个算子的复合运算：f=g·h·p，其中： g:E→S；h:S×K→I；p:I→U
专家系统所要解决的问题一般没有算法解，并 且经常要在不完全、不精确或不确定的信息基础 上做出结论。
第一代专家系统只能利用人类专家的启发式知 识，即只能利用浅层表达方式和推理方法。
但遇到新问题时，还必须利用掌握的深入表示 事物的结构、行为和功能等方面的基本模型等深 层知识，得出新的启发式浅层知识。
智能程序：旨在模拟人类专家的智能程序应当 兼备浅层和深层两类知识。即不但采用基于规则 的方法，还必须采用基于模型的原理构成新一代 专家系统。
知识工程是指由知识工程师从人类专家那里抽 取他们求解问题的过程、策略和经验规则，然后 把这些知识建造在专家系统之中。
目前，专家系统在各个领域中已经得到广 泛应用，如医疗诊断、语音识别、图像处理、 金融决策、地质勘探、是有化工、军事、计 算机设计等。
专家系统具有启发性，能够运用人类专 家的经验和知识进行启发式搜索、试探性 推理、不精确推理或不完全推理
课程设计专家PID控制系统simulink仿真

课程设计专家PID控制系统simulink仿真

课程设计题目：专家PID控制系统仿真专家PID控制系统仿真摘要简单介绍了常规PID控制的优缺点和专家控制的基本原理，介绍了专家PID控制的系统结构，针对传递函数数学模型设计控制器。

基于MATLAB的simulink仿真软件进行应用实现，仿真和应用实现结果均表明，专家PID控制具有比常规PID更好的控制效果，且具有实现简单和专家规则容易获取的优点。

论文主要研究专家PID控制器的设计及应用，完成了以下工作：（1）介绍了专家PID控制和一般PID控制的原理。

（2）针对任务书给出的受控对象传递函数G(s)=523500/(s3+87.35s2+10470s) ，并且运用MATLAB实现了对两种PID控制器的设计及simulink仿真，且对两种PID控制器进行了比较。

（3）结果分析，总结。

仿真结果表明，专家PID控制采用多分段控制，其控制精度更好，且具有优越的抗扰性能。

关键词：专家PID，专家系统，MATLAB，simulink仿真Expert PID control system simulationAbstractThe advantages and disadvantages of conventional PID control and the basic principle of expert control are briefly introduced, and the structure of expert PID control system is introduced. Simulink simulation software based on MATLAB is implemented. The simulation and application results show that the expert PID control has better control effect than the conventional PID, and has the advantages of simple and easy to get.This paper mainly studies the design and application of the expert PID controller:(1) the principle of PID control and PID control is introduced in this paper.(2) the controlled object transfer function G (s) =523500/ (s3+87.35s2+10470s), and the use of MATLAB to achieve the design and Simulink simulation of two kinds of PID controller, and the comparison of two kinds of PID controller.(3) result analysis, summary.The simulation results show that the control accuracy of the expert PID control is better than that of the control.Key words:Expert PID , MA TLAB, expert system, Simulink, simulation目录摘要 (I)Abstract ..................................................................................................................................... I II 第一章引言 . (2)1.1 研究目的和意义 (2)1.2国内外研究现状和发展趋势 (3)第二章PID控制器综述 (3)2.1常规PID控制器概述 (3)2.2专家PID控制器 (4)第三章专家PID控制在MATLAB上的实现 (5)3.1简介 (5)3.2设计专家PID 控制器的实现方法 (5)3.3.专家PID控制器的S函数的M文件实现 (7)3.4专家PID控制器的simulink设计 (8)3.5专家PID控制和传统PID比较 (13)第四章结论 (14)4.1专家PID控制系统的优缺点及解决方案 (14)4.2最终陈述 (14)第一章引言近十几年，国内外对智能控制的理论研究和应用研究十分活跃，智能控制技术发展迅速，如专家控制、自适应控制、模糊控制等，现已成为工业过程控制的重要组成部分。

专家系统

专家系统


它是一种具有智能的程序系统。能运用专家知 识和经验进行推理的启发式程序系统。 它必须包含有大量专家水平的领域知识，并能 在运行过程中不断地对这些知识进行更新。 它能应用人工智能技术模拟人类专家求解问题 的推理过程，解决那些本来应该由领域专家才 能解决的复杂问题。
专家系统的一般特点
• 专家系统的特点：
根 据 任 务 要 求 ， 计 算 出满 足 设 计 问 题 约 束 的 目 标配 置。 按 给 定 目 标 拟 定 总 体 规划 、 行 动 计 划 、 运 筹 优 化等 。 根 据 具 体 情 况 ， 控 制 整个 系 统 的 行 为 ， 适 用 于 对各 种 大 型 设 备 及 系 统 进 行控 制。 根 据 监 测 到 的 现 象 与 正常 情 况 相 比 ， 及 时 作 出 相应 的分析和处理。 的分析和处理 。 对 发 生 故 障 的 系 统 、 对象 或 设 备 进 行 处 理 ， 制 定纠 错 方 案 ， 并 实 施 方 案 ，使 其恢复正常。 其恢复正常 。 根 据 相 应 的 标 准 检 测 被测 试 对 象 存 在 的 错 误 ， 并能 从 多 种 纠 错 方 案 中 选 出适 用 于 当 前 情 况 的 最 佳方 排除错误。 案 ， 排除错误 。
专家系统的结构
• 专家系统的结构是指专家系统各组成部分 的构造方法和组织形式。 用户 接口 事实规则
解释器 计划 知识库 执行器
议程 中间解 黑板
调度器 协调器
理 想 专 家 系 统 结 构 图
专家系统的主要组成部分
1. 知识库（Knowledge Base) 知识库用于存储某领域专家系统的专门知识，包括事实、 可行操作与规则。 2. 综合数据库（global database) 综合数据库又称全局数据库或总数据库，它用于储存领域 或问题的初始数据和推理过程中得到的中间数据（信息）， 即被处理对象的一些当前事实。 3. 推理机（reasoning machine) 用于记忆所采用的规则和控制策略的程序，使整个专家系 统能够以逻辑方式协调的工作。推理机能够根据知识进行 推理和导出结论，而不是简单搜索现成的答案。
专家控制系统

专家控制系统

第三章 专家控制系统3.1 专家系统概述1.专家及专家系统的定义专家指的是那些对解决专门问题非常熟悉的人们，他们的这种专门技术通常源于丰富的经验以及他们处理问题的详细专业知识。

定义 3.1专家系统主要指的是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的经验方法来处理该领域的高水平难题。

也就是说，专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家才能处理好的复杂问题。

简而言之，专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。

专家系统的基本功能取决于它所含有的知识，因此，有时也把专家系统称为基于知识的系统（knowledge-based system）。

3.1.1 专家系统的特点及优点1.专家系统的特点与常规的计算机程序系统比较，专家系统具有下列特点：（1）启发性 专家系统要解决的问题，其结构往往是不合理的，其问题求解（problem-solving）知识不仅包括理论知识和常识，而且包括专家本人的启发知识。

（2）透明性 专家系统能够解释本身的推理过程和回答用户提出的问题，以便让用户了解推理过程，增大对专家系统的信任感。

（3） 灵活性 专家系统的灵活性是指它的扩展和丰富知识库的能力，以及改善非编程状态下的系统性能，即自学习能力。

（4）符号操作。

与常规程序进行数据处理和数字计算不同，专家系统强调符号处理和符号操作（运算），使用符号表示知识，用符号集合表示问题的概念。

一个符号是一串程序设计，并可用于表示现实世界中的概念。

（5）不确定性推理。

领域专家求解问题的方法大多数是经验性的；经验知识一般用于表示不精确性并存在一定概率的问题。

此外，所提供的有关问题的信息往往是不确定的。

专家系统能够综合应用模糊和不确定的信息与知识，进行推理。

第3章专家系统控制

第3章专家系统控制

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专家控制的理想目标（续）
（6）控制性能方面的问题能够得到诊断，控制闭 环中的单元，包括传感器和执行机构等的故障可 以得到检测；
（7）用户可以访问系统内部的信息，并进行交互，例 如对象或过程的动态特性，控制性能的统计分析等。
专家控制的上述目标复盖了传统控制在一定程度 上可以达到的功能，但又超过了传统控制技术。
第3章专家控制
专家控制是智能控制的一个重要分支，又 称专家智能控制。
所谓专家控制，是把专家系统的理论和技 术同控制理论、方法与技术相结合，在未 知环境下，仿效专家的智能，实现对系统 的控制。
基于专家控制的原理所设计的系统或控制 器，分别称为专家控制系统或专家控制器。
1
3.1 专家系统概述 3.1.1 什么是专家系统
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3.3.1 专家控制器的结构
专家控制器通 常由知识库 （KB）、控 制规则集 （CRS）、推 理机（IE）和 特征识别与信 息处理（FR＆ IP）四部分组 成。
41
知识库：
用于存放工业过程控制的领域知识，由经验数据库 （DB）和学习与适应装置（LA）组成。
经验数据库主要存储经验和事实集；
控制专家系统的任务是自适应地管理一个 受控对象或客体的全部行为，使之满足预 定要求。
控制专家系统的特点是，能够解释当前情 况，预测未来发生的情况、可能发生的问 题及其原因，不断修正计划并控制计划的 执行。所以说，控制专家系统具有解释、 预测、诊断、规划和执行等多种功能。
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（7）监视型专家系统
而专家控制则要求能对控制动作进行独立 的、自动的决策，
它的功能一定要具有连续的可靠性，较强 的抗干扰性。
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与一般专家系统的差别
（2）在控制方式上：
软件工程中的智能人机交互与专家系统

软件工程中的智能人机交互与专家系统

智能人机交互系统的特点
自动化、智能化、个性化
智能人机交互系统的发展趋势
虚拟现实、增强现实技术的应用
智能人机交互系统案例
智能语音助手
如Siri、Alexa等
智能虚拟现实系统
VR头盔、交互式体验设备
智能人机交互的未来发展
结合AI、大数据等新技术
专家系统与智能人机交互的结合
专家系统在智能人机 交互中的应用
通过观察、访谈、问卷调查等方式了解用户需求和行为，为设计提供依据。
界面设计原则
重视用户的情感体验，注重界面的美观性和易用性。
多媒体交互设计
多媒体交互的定义
多媒体交互的应用
多媒体交互设计原则
多媒体交互是指结合了声音、 图像、视频等多种媒体形式的 交互设计。
多媒体交互广泛应用于教育、 娱乐、广告等领域，提升用户 体验。
使计算机能够理解和处理自然语言
智能人机交互 vs 专家系统
特点
应用领域
发展趋势
智能人机交互侧重于用户体验 和交互方式 专家系统侧重于知识存储和推
理技术
智能人机交互广泛应用于虚拟 现实、游戏开发等领域 专家系统常用于医疗诊断、金
融风控等领域
智能人机交互趋向于更加智能 化和自然化 专家系统将更加融合大数据和
软件工程中的智能人机交互与专家系统
制作人： 时间：2024年X月
目录
第1章 软件工程基础 第2章 人机交互 第3章 专家系统 第4章 智能人机交互与专家系统融合 第5章 未来趋势与发展
第6章 软件工程中的智能人机交互与专家系统
第1章 软件工程基础
● 01
什么是软件工程
软件工程是一门研究和应用如何以系统化、 规范化、可度量的方法去开发、维护和管理 软件的学科。其发展历程始于20世纪50年代， 随着信息技术的发展，软件工程变得越来越 重要。
专家控制系统

专家控制系统

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二、专家系统的分类与组成
专家系统分类 专家系统的基本组成
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1.专家系统分类
a. 按用途分类 诊断型
（专家系统）
控制型
解释型
监测型
预测型
维修型
设计型
教学型
规划型
调度型
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1）诊断型专家系统 这是根据对症状的观察与分析、推出故
障的原因及排除故障方案的一类系统。其 应用领域包括医疗、电子、机械、农业、 经济等。 2）解释型专家系统
10
自1965年费根鲍姆等人研制成功第一个专家系 统DENLDRA以来，专家系统获得了飞速的发展， 并且运用于包括化学、数学、物理、生物、医学、 农业、气象、地质勘探、军事、工程技术、法律、 商业、空间技术、自动控制、计算机设计和制造等 众多领域，产生了巨大的经济效益和社会效益。现 在，专家系统已成为人工智能领域中最活跃、最受 重视的领域。
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三、专家系统的建立
知识库 推理机 知识的表示 专家系统的开发语言 专家系统建立步骤
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1．知识库
知识库包含三类知识： （1）基于专家经验的判断性规则； （2）用于推理、问题求解的控制性规则； （3）用于说明问题的状态、事实和概念以
及当前的条件和常识等的数据。
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知识库包含多种功能模块，主要有 知识查询、检索、增删、修改和扩充等。
简而言之，专家系统是一种模拟人类专家解 决领域问题的计算机程序系统。
9
专家系统(expert system)是人工智能的 一个发展分支。
正如专家系统先驱费根鲍姆(Feigenbaum) 所说：专家系统的力量是从它处理的知识中 产生的，而不是从某种形式主义及其使用的 参考模式中产生的。这正符合一句名言：知 识就是力量。
14版《智能控制技术基础》课程教学大纲

14版《智能控制技术基础》课程教学大纲

课程代码
0401061
课程类别
学科专业课
学分
2
总学时
32
开课学期
七
修读类别
选修课
开课单位
自动化学院自动化系
适用专业
自动化
先修课程
自动控制原理、控制系统仿真、现代控制理论、专业英语
主讲教师
梁雪慧董恩增
考核方式及各环节所占比例
考试课；
期末考试占70％，平时成绩占20％，实验占10%
课程概要
智能控制技术基础是工科高等学校自动化专业本科生的一门选修课。相对于传统控制理论及方法，该门课主要介绍一些先进的、有一定数学基础的控制方法及其应用，例如：模糊控制、神经网络控制、专家系统等。
4.习题课、课外作业、答疑和质疑
（1）习题课：安排在模糊控制的理论基础、模糊控制系统等章节中。
（2）课外习题：罗兵《智能控制技术》，2011年3月第1版，第一章1、3、6，第二章3、4、5、6、7、8，第三章1、4、6，第四章1、3，第五章1、2、4。
（3）答疑和质疑
每两周在规定时间和地点至少安排一次答疑或质疑。
5.考试环节
掌握：神经网络模型分类、前向神经网络及BP算法、动态网络特点与Hopfield网络
难点：前向网络及BP算法、神经网络控制。
第四章专家控制系统（4学时）
教学目的：
理解：专家系统的概念、专家控制的知识表示与推理、直接专家控制系统、间接专家控制系统等；
掌握：专家控制系统概念、专家控制系统结构与原理、专家控制的应用领域。
教学目的及要求
拓宽专业知识面，了解先进的控制理论及其应用领域，掌握基本的智能控制系统原理及其设计方法；学会应用MATLAB模糊工具箱实现模糊控制器的设计，通过仿真试验，分析控制器的应用效果，使学生具备基本的模糊控制系统的设计与分析能力。课程采用双语授课，使学生掌握专业知识的同时，提高外文文献的阅读和理解能力，并了解国际智能控制领域的最新动态。
专家系统概述

专家系统概述


8. 专家系统的开发过程
• • 编程、调试
– 模块设计 – 分调、联调
原型测试
– 可靠性：事实--结论对否，推理可信度，模糊 性 – 知识的一致性：输入不一致性的知识，是否可 检测出 – 运行效率：知识查询、推理方面的运行效率 – 解释能力：回答问题是否达到要求，是否有说 服力，质量
– 特点：要求能根据故障的特点制定纠错方案、 并能实施这个方案排除故障，当制定的方案失 效，部分失效，能及时采取补救措施。
4.专家系统的分类
(9)教育型：用于辅助教学一类的专家系。
– 特点：要求有以深层知识为基础的解释功能， 需建立各种相应的模型。
(10)调试型：对系统实施调试一类的专家系统。
– 特点：能根据相应的标准检测被调试对象存在 的错误，能从多种纠错方案中造出适用于当前 情况的最佳方案，排除错误。
• •
知识库及其管理系统
• 知识库：是知识的存储机构，用于存储领 域内的原理性知识、专家的经验性知识， 有关事实等。 知识来源于获取机构；为推理机提供知识。 知识库管理系统：负责对知识库中的知识 进行组织，检索、维护等。
• •
推理机
• 是“思维”机构，是构成专家系统的核心 部分。任务是模拟领域专家的思维过程， 控制并执行对问题的求解。 推理机的性能与知识的表示方式及组织方 式有关，与知识的内容无关，有利于推理 机与知识库的独立。 推理机的搜索策略使用了与领域有关的启 发性知识。为了保证推理机与知识库的独 立性，采用元知识来表示启发性知识。
2.专家系统的基本特征
1) 具有专家水平的专门知识
– 数据级知识：具体问题所提供的初始事实、问题 求解过程中所产生的中间结论、最终结论等。
• 例如：病人的症状，化验结果，专家推出的病因、治 疗方案等。
专家控制系统

专家控制系统

1、什么是专家系统？它具有哪些特点和优点？答：1)专家系统：专家系统(Expert System)是一种在特定领域内具有专家水平解决问题能力的程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的经验方法来处理该领域的高水平难题。

也就是说，专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，根据某领域—个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家才能处理好的复杂问题。

简而言之，专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。

2)专家系统的特点：①启发性：专家系统要解决的问题，其结构往往是不合理的，其问题求解知识不仅包括理论知识和常识，而且包括专家本人的启发知识；②透明性：专家系统能够解释本身的推理过程和回答用户提出的问题，以便让用户了解推理过程，增大对专家系统的信任感；③灵活性：专家系统的灵活性是指它的扩展和丰富知识库的能力，以及改善非编程状态下的系统性能，即自学习能力；④符号操作：与常规程序进行数据处理和数字计算不同，专家系统强调符号处理和符号操作（运算），使用符号表示知识，用符号集合表示问题的概念。

一个符号是一串程序设计，并可用于表示现实世界中的概念；⑤不确定性推理：领域专家求解问题的方法大多数是经验性的，经验知识一般用于表示不精确性并存在一定概率的问冋题。

此外，所提供的有关问题的信息往往是不确定的。

专家系统能够综合应用模糊和不确定的信息与知识，进行推理；⑥为解决特定领域的具体问题，除需要一些公共的常识，还需要大量与所研究领域问题密切相关的知识；⑦一般采用启发式的解题方法；⑧在解题过程中除了用演绎方法外，有时还要求助于归纳方法和抽象方法；⑨需处理问题的模糊性、不确定性和不完全性；⑩能对自身的工作过程进行推理(自推理或解释)；11 采用基于知识的问题求解方法；12 知识库与推理机分离。

第3章 专家控制

第3章 专家控制

（3）知识库的改进与归纳
反复对知识库及推理规则进行改进试验，归纳 出更完善的结果。
3.1.2 专家系统的建造步骤 二、知识库设计举例
医疗诊断知识库层次结构
3.1.2 专家系统的建造步骤
三、专家系统的设计技巧
设计系统的许多工作，是由知识工程师来负担的， 知识工程师要抽取专家的知识，把它表示成适合于计 算机储存的形式。虽然这个问题始终是一个技巧，但 也有一些对指导建立初始的实验系统有用的准则。这 些准则有： (1) 设计系统时，首先集中精力研究一小部分假设，以 及下述的观测或观察，也就是说，在设计实验系统时， 先不要考虑那些不十分确定的事物。使用一部分结论， 只取那些确实可信的观察和肯定的规则。 (2) 挑选那些最有利于区别各个假设的观测。也就是
3.1 专家系统的基本概念
理的，其推理过程随着情况的变化而变化，具有不确定性 和灵活性。 ④ 常规程序处理的数据多是精确的，对数据的检索是基于 模式的布尔匹配；而专家系统处理的数据及知识大多是不 精确的、模糊的、知识的模式匹配也多是不精确的，需要 为其设定阈值。 ⑤ 常规程序一般不具有解释功能，而专家系统一般具有解 释机构，可对自己的行为和结论作出解释。 ⑥ 两者具有不同的体系结构。
3.1 专家系统的基本概念
推理、专家系统工具与环境、人工神经网络知识获取 及学习机制等最新人工智能技术来实现具有多知识库、 多主体的第四代专家系统。 （3）专家系统的四个要素
1) 应用于某专门领域。 2) 拥有专家级知识。 3) 能模拟专家的思维。 4) 能达到专家级水平。 （4）专家系统的知识表达方式
为了使计算机能运用专家的领域知识，必须要采
3.1 专家系统的基本概念
用一定的方式表示知识 。目前常用的知识表示方式有状 态空间法、问题归约法、谓词演算法、语义网络法、框架 表示法、面向对象表示法、剧本表示法、过程表示法。

智能控制技术(专家系统与专家控制系统)PPT

22
专家控制（Expert Control）是智能控 制的一个重要分支，又称专家智能控制。 所谓专家控制，是将专家系统的理论和 技术同控制理论、方法与技术相结合， 在未知环境下，仿效专家的经验，实现 对系统的控制。
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专家控制试图在传统控制的基础上“加 入”一个富有经验的控制工程师，实现控 制的功能，它由知识库和推理机构构成主 体框架，通过对控制领域知识（先验经验、 动态信息、目标等）的获取与组织，按某 种策略及时地选用恰当的规则进行推理输 出，实现对实际对象的控制。
11
知识库包含多种功能模块，主要 有知识查询、检索、增删、修改和扩 充等。知识库通过人机接口与领域专 家相沟通，实现知识的获取。
12
2．推理机
推理机是用于对知识库中的知识进行推理 来得到结论的“思维”机构。推理机包括三 种推理方式：
（1）正向推理：从原始数据和已知条件得 到结论；
（2）反向推理：先提出假设的结论，然后 寻找支持的证据，若证据存在，则假设成立；
1．定义 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。
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2.1.2 专家系统的发展历程 分为四个阶段：
（1）孕期期（1965年以前） 专家系统历史的一些重要事件 1956年人工智能诞生； 两项历史意义的突破：LT系统与西洋跳棋 程序； 1957年开始通用问题求解程序GPS.
专家系统的数量增加，仅1987年研制成 功的专家系统就有1000种。
专家系统可以解决的问题一般包括解 释、预测、设计、规划、监视、修理、 指导和控制等。目前，专家系统已经广 泛地应用于医疗诊断、语音识别、图象 处理、金融决策、地质勘探、石油化工、 教学、军事、计算机设计等领域。

专家系统浅析-精

专家系统浅析-精专家系统浅析-精2020-12-12【关键字】⽅案、情况、⽅法、条件、空间、领域、效益、质量、问题、焦点、系统、机制、有效、继续、充分、整体、现代、合理、良好、透明、加⼤、统⼀、发展、建⽴、提出、发现、了解、研究、特点、位置、关键、⽹络、成果、基础、需要、⼯程、活⼒、体系、能⼒、⽅式、结构、⽔平、最⼤限度、⼒度、分析、丰富、规划、服务、教育、解决、崛起、⽅向、实现、提⾼、改进、核⼼、前瞻性专家系统浅析摘要:⾃从1965年世界上第⼀个专家系统DENDRAL问世以来，专家系统的技术和应⽤，在短短的30年间获得了长⾜的进步和发展。

特别是20世纪80年代中期以后，随着知识⼯程技术的⽇渐丰富和成熟，各种各样的实⽤专家系统如⾬后春笋般地在世界各地不断涌现。

构建专家系统⽤到的思维⽅式可能是各种认知⼯具中最难的, 因为它需要形式推理与逻辑推理, 建构专家系统需要智⼒上的参与和挑战。

本⽂⾸先介绍了专家系统的概念和理论及发展概况，并着重分析他们的应⽤和发展前景。

关键词：专家系统、⼈⼯智能、专家控制⼀、引⾔将⼈⼯智能理论和专家系统技术很好的融合，可充分利⽤现代计算机技术模拟专家的推理和思维过程, 得出正确的判断和解决⽅案，他们的应⽤⼴泛，前景美好。

2 1世纪是智能科学、⽣命科学及其信息集成并融合的时代，作为现代信息技术的精髓，⼈⼯智能技术⾃然成为了新世纪科学技术的前沿和焦点，专家系统是从⼈⼯智能领域的研究发展⽽来的。

专家控制系统是新兴的⼀门学科，它是以知识为基础，把⼈⼯智能领域的专家系统技术与控制理论⽅法相结合，进⾏灵活的控制并实现复杂问题的控制，专家控制涉及低层控制和⾼层控制两个⽅⾯专家系统。

可以说是应⽤于某⼀专门领域，拥有该领域相当数量的专家级知识，能模拟专家的思维，能达到专家级⽔平，能像专家⼀样解决困难和复杂的实际问题的计算机(软件)系统。

⼆、专家系统概念和理论⼈⼯智能领域中发展起来的专家系统是⼀种在特定领域内基于知识的具有专家智能⽔平的计算机程序。

第3章(MIS)管理信息系统的概念


3.2管理信息系统概念的发展 3.2管理信息系统概念的发展 1950－1960年 数据处理系统 过程 电子数据处理、业务处理、记录保存、传统的簿记应用
– 1960－1970年 管理报告系统
管理信息系统（狭义）、管理报告系统、信息管理系统
– 1970－1980年 决策支持系统
决策支持系统、管理支持系统
1、MIS是一个人机系统 2、一体化或集成系统 3、具有统一规划的数据库 4、运用数学模型分析数据，辅助决策 5、概念是不断发展的，在某些时候，某些 组织，只用了管理信息系统的一部分即子系 统的概念。
管理信息系统的结构
MIS总体结构
信息管理者
信息源
信息处理器
信息用户
3.1.3管理信息系统的功能 3.1.3管理信息系统的功能
– 1980－1990年 战略和终端用户支持系统
终端用户运算系统 主管信息系统、主管支持系统 专家系统 战略信息系统
3.3管理信息系统的应用 3.3管理信息系统的应用
3.4信息资源管理 3.4信息资源管理
信息资源管理的意义 信息资源管理的出发点及归宿，是要充 分地开发和有效利用信息资源，同时在 确保企业秘密和信息安全的前提下实现 信息资源最大限度的共享。
控制论 数学科学 其他
– 20世纪60年代中期发展起来 – MIS是一个由人和计算机等组成的通过对信息进行
收集、传输、加工、保存、维护和使用来支持一个 组织机构内部的作业、管理、分析和决策职能的系 统。
– 从企业角度讲
就是为实现企业的整体目标，对管理信息进行系统的、综 合的处理，辅助各级管理决策的计算机硬件、软件、通信 设备、规章制度及有关人员的统一体。
信息资源管理的主要内容
1、人力资源管理 是信息资源管理最重要的内容之一。 2、信息安全管理 高度重视 3、信息技术政策规范和标准管理 要明确化、制定一定执行标准。 4、管理信息系统管理 5、管理信息系统开发工程中的管理

专家控制

2/83
目录
4.1 引言 4.2 专家控制的基本原理 4.3 专家控制应用举例
4.4 仿人智能控制
3/83
4.2 专家控制的基本原理
4.2.1 专家控制系统的基本内容 4.2.2 知识表达 4.2.3 知识推理
4.2.4 专家控制系统的设计
4/83
4.2.1 专家控制系统的基本内容
❖ 专家控制是以专家系统为基础的。 ❖ 专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的
❖ 有些专家系统还具有“自学习”能力, 即不断 对自己的知识进行扩充、完善和提炼。这一点 是传统系统所无法比拟的。
❖ 专家系统不像人那样容易疲劳、遗忘，易受环 境、情绪等的影响，它可始终如一地以专家级 的高水平求解问题。因此，从这种意义上讲， 专家系统可以超过专家本人。
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专家系统的类型
类型 解释专家系统
预测专家系统 诊断专家系统 设计专家系统 规划专家系统 控制专家系统
用途 PROSPECTOR地质勘探 天气、虫害等 MYCIN 、故障诊断 花布立体感图案设计 机器人规划、交通调度 专家控制
与一般的专家系统相比，专家控制系统 更强调实时性与可靠性。
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解释专家系统
❖ 任务：通过对已知信息和数据的分析与解释， 确定它们的涵义。
❖ 特点：控制专家系统具有解释、预报、诊断、 规划和执行等多种功能
❖ 例子：空中交通管制、商业管理、自主机器 人控制、作战管理、生产过程控制和生产质 量控制等
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专家系统的实现
❖ 知识工程
知识表达：规则、框架 知识的推理：推理的策略、竞争消解 知识库的维护：知识获取、知识优化、规则的管
❖ 从处理问题的方法看，专家系统则是靠知识和 推理来解决问题，所以, 专家系统是基于知识的 智能问题求解系统。

专家控制原理

专家控制原理
专家控制原理是指利用专家系统来进行实时控制和决策的一种方法。

它基于专家系统的知识表示和推理机制，通过将专家的经验知识进行建模和储存，实现了对复杂系统的控制和决策过程的自动化。

专家控制原理主要包括了以下几个步骤：
1. 知识获取：通过专家采访、观察、分析等方式，将专家的经验知识进行提取和整理，形成专家知识库。

2. 知识表示：将获取到的专家知识进行适当的表示，通常采用规则、框架或者图形化的形式来表示专家知识。

3. 知识推理：基于专家知识库和推理机制，对系统当前的状态进行推理和分析，得出相应的控制策略和决策结果。

4. 控制执行：根据推理得到的控制策略和决策结果，将其转化为实际的控制信号或者动作，对系统进行控制和调节。

5. 监控评估：对控制过程进行实时的监控和评估，根据反馈信息对控制策略进行修正和优化。

专家控制原理在很多领域都有着广泛的应用。

例如，在工业自动化领域，可以利用专家控制原理对生产过程进行实时控制和优化，提高生产效率和产品质量。

在交通运输领域，可以利用专家控制原理来进行交通信号优化和路网调度，减少交通拥堵和提高交通流量。

在医疗诊断领域，可以利用专家控制原理来辅助医生进行疾病诊断和治疗决策，提高诊断准确性和治疗效
果。

总之，专家控制原理通过将专家的知识和经验转化为计算机程序，实现了对复杂系统的智能化控制和决策，具有广泛的应用前景。

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知识源 —是与控制问题子任务有关的一些独立知识模块。



推理规则——采用“IF—THEN”产生式规则， 条件部分是全局数据库（黑板）或是局部数据 库中的状态描述，动作或结论部分是对黑板信 息或局部数据库内容的修改或添加。 局部数据库——存放与子任务相关的中间结果， 用框架表示，其中各槽的值即为这些中间结果。 操作原语——一类是对全局或局部数据库内容 的增添、删除和修改操作，另一类是对本知识 源或其他知识源的控制操作，包括激活、中止 和固定时间间隔等待或条件等待。
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1. 专家 控制系 统的工 作原理

知识基子系统位于系统上层，对数值算法进行 决策、协调和组织，包含有定性的启发式知识， 进行符号推理，按专家系统的设计规范编码， 通过数值算法库与受控过程间接相连，连接的 信箱中有读或写信息的队列。
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内部过程 的通信功 能如下：
① 出口信箱 将控制配置命令、控制算法的参数 变更值以及信息发送请求从知识基系统送往数值 算法部分。 ② 入口信箱 将算法执行结果、检测预报信号、 对于信息发送请求的答案、用户命令以及定时中 断信号分别从数值算法库、人一机接口及定时操 作部分送往知识基系统。
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2. 知识基系统的内部组织和推理机制 （1）控制的知识表示

专家控制把系统视为基于知识的系统，系统包 含的知识信息可以表示如下：
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数据库包括：




事实——已知的静态数据。例如传感器测量误 差、运行阈值、报警阈值、操作序列的约束条 件、受控过程的单元组态等。 证据——测量到的动态数据。例如传感器的输 出值、仪器仪表的测试结果等。 假设——由事实和证据推导提到的中间结果， 作为当前事实集合的补充。例如，通过各种参 数估计算法推得的状态估计等。 目标——系统的性能指标。例如对稳定性的要 求，对静态工作点的寻优，对现有控制规律是 否需要改进的判断等。


系统的控制器由位于下层的数值算法库和位于 上层的知识基子系统两大部分组成。 数值算法库包含的是定量的解析知识，进行数 值计算，快速、精确，由控制、辨识和监控三 类算法组成，按常规编程直接作用于受控过程， 拥有最高的优先权。
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1. 专家 控制系 统的工 作原理



控制算法根据来自知识基系统的配置命令和测量信号计 算控制信号，例如PID算法、最小方差算法等，每次运 行一种控制算法。 辨识算法和监控算法在某种意义上是从数值信号流中抽 取特征信息，仅当系统运行状况发生某种变化时，才往 知识基系统中发送信息。 在稳态运行期间，知识基系统是闲置的，整个系统按传 统控制方式运行。

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串行激活类型

相继触发——一个激活知识源的操作结果作为另一个 知识源的触发条件，自然激发，此起彼伏。 预定顺序——按控制过程的某种原理，预先编一个知 识源序列，依次触发。例如初始调节，在检测到不同 的报警状态时，系统返回到稳态控制方式等情况。 动态生成顺序——对知识源的激活顺序进行在线规划。 每个知识源都可以附上一个目标状态和初始状态，激 活一个知识源即为系统状态的一个转移，通过逐步比 较系统的期望状态与知识源的目标状态，以及系统的 当前状态与知识源的初始状态，就可以规划出状态转 移的序列，即动态生成了知识源的激活序列。
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黑板机构

存放记录，包括事实、证据、假设和目标 所说明的静态、动态数据。 这些数据分别为不同的知识源所关注。
通过知识源的访问，整个数据库起到在各 个知识源之间传递信息的作用。 通过知识源的推理，数据信息得到增删、 修改、更新。


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调度器
作用是根据黑板的变化激活适当的知 识源，并形成有次序的调度队列。 激活知识源可以采用串行或并行激活 的方式，从而形成多种不同的调度策 略。 串行激活又分成相继触发、预定顺序 和动态生成顺序三种方式。
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（3）控制的推理模型

专家控制中的问题求解机制可以表示成如下的 推理模型：
U f ( E, K , I )
U (u1, u2 , , um ) 为控制器的输出作用集；
E (e1, e2 , , en ) 为控制器的输入集；
K (k1, k2 , , k p ) 为系统的数据项集；
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并行激活方式

是指同时激活一个以上的知识源方式。例 如系统处于稳态控制方式时，一个知识源 负责实际控制算法的执行，而另外一些知 识源同时实现多方面的监控作用。 调度器的结构类似于一个知识库，其中包 括一个调度数据库，用框架形式记录着各 个知识源的激活状态的信息，以及某些知 识源等待激活的条件信息。
I (i1, i2 , in ) 为具体推理机构的输出集。
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f 为一种智能算子，它可以一般地表示为：
பைடு நூலகம்

IF E and K THEN（IF I THEN U ）
即根据输入信息E和系统中的知识信息K进行 推理，然后根据推理结果I确定相应的控制行 为 U。 专家控制推理机制的控制策略一般仅仅用到正 向推理是不够的。当一个结论不能自动得到推 导时，就需要使用反向推理的方式，去调用前 链控制的产生式规则知识源或者过程式知识源 验证这一结论。
3.4 专家控制系统 3.4.1 专家控制系统的特点



根据专家系统技术在控制系统中应用的复杂程 度，可以分为专家控制系统和专家式控制器两 种主要形式。 专家控制系统具有全面的专家系统结构、完善 的知识处理功能和实时控制的可靠性能。它包 括有知识获取子系统和学习子系统，人一机接 口要求较高。 专家式控制器，多为工业专家控制器，是专家 控制系统的简化形式，针对具体的控制对象或 过程，着重于启发式控制知识的开发，具有实 时算法和逻辑功能。
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3.4.2 专家控制系统的工作原理

专家控制系统的典型结构图
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1. 专家控 制系统的 工作原理
专家控制系统有知识基系统、数值算法库和人 一机接口三个并发运行的子过程。 三个运行子过程之间的通信是通过五个信箱进 行的，这五个信箱即出口信箱、入口信箱、应 答信箱、解释信箱和定时器信箱。
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1. 专家控 制系统的 工作原理
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内部过 程的通 信功能 如下：


③ 应答信箱 传送数值算法对知识基系统的信 息发送请求的通信应答信号。 ④ 解释信箱 传送知识基系统发出的人一机通 信结果，包括用户对知识库的编辑、查询、算 法执行原因、推理结果、推理过程跟踪等系统 运行情况的解释。
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内部过 程的通 信功能 如下：


⑤ 定时器信箱 用于发送知识基子系统内部推理 过程需要的定时等待信号，供定时操作部分处理。 人一机接口子过程传播两类命令：一类是面向数 值算法库的命令，如改变参数或改变操作方式； 另一类是指挥知识基系统去做什么的命令，如跟 踪、添加、清除或在线编辑规则等。
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（2）知识基系统的黑板法模型

知识基系统的结构如图3.10所示，它由一组知 识源、黑板机构和调度器三部分组成。
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黑板法:

是一种高度结构化的问题求解模型，用于适时 问题求解，即在最适当的时机运用知识进行推 理。 它的特点是能够决定什么时候使用知识、怎样 使用知识。 另外还规定了领域知识的组织方法，其中包括 知识源I（KS）这种知识模型，以及数据库的 层次结构等。