智能控制系统

智能控制理论及应用

1 智能控制的兴起

1.1 自动控制的发展

本世纪40-50年代，以频率法为代表的单变量系统控制理论逐步发展起来，并成功的用在雷达及火力控制系统上，形成了“古典控制理论”。60-70年代，数学家们在控制理论发展中占了主导地位，形成了以状态空间法为代表的“现代控制理论”。他们引入了能控、能观、满秩等概念，使得控制理论建立在严密精确的数学模型之上。70年代后，又出现了“大系统理论”。

1.2 智能控制的产生与发展

随着研究的对象和系统越来越复杂，借助于数学模型描述和分析的传统控制理论已经很难解决复杂系统的控制问题。智能控制是针对控制对象及其环境、目标和任务的不确定性和复杂性而产生和发展起来的。从20世纪60年代起，计算机技术和人工智能技术迅速发展，为了提高控制系统的自学习能力，控制界学者开始将人工智能技术应用于控制系统。20世界70年代初，傅京孙等学者从控制论角度总结了人工智能技术与自适应、自组织、自学习控制的关系，提出了智能控制是人工智能技术与控制理论的交叉的思想，并创立了人机交互式分级递阶智能控制的系统结构。20世纪70年代中期，以模糊集合论为基础，智能控制在规则控制研究上取得了重要的发展。20世纪80年代，专家系统技术的逐渐成熟及计算机技术的迅速发展，使得智能控制和决策的研究也取得了较大进展。20世纪80年代中后期，人工神经网络的研究取得了重要的进展，并解决了回归网络的学习问题。20世纪90年代以来，智能控制的研究非常活跃。所谓的智能控制是指：一种控制方式如果它能够有效的克服被控对象和环境所具有的高度复杂性和不确定性，并且能够达到所期望的目标，则称这种控制方式为智能控制。智能控制的发展：

图1 智能控制的发展

2 智能控制的主要方法：

智能控制的主要方法有：模糊控制，基于知识的专家控制及神经网络控制。

2.1模糊控制 模糊控制以模糊集合、模糊语言变量、模糊推理为其理论基础,以先验知识和专家经验作为控制规则。其基本思想是用机器模拟人对系统的控制,就是在被控对象的模糊模型的基础上运用模糊控制器近似推理等手段,实现系统控制。在实现模糊控制时主要考虑模糊变量的隶属度函数的确定,以及控制规则的制定二者缺一不可。模糊控制器的特点：无需建立被控对象的数学模型；模糊控制系统容易构造；鲁棒性好。模糊控制结构框图：

智能家居控制系统

智能家居（Smart Home）是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、 智能家居-系统设计方案安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。它将让用户有更方便的手段来管理家庭设备，比如，通过家、无线遥控器、电话、互联网或者语音识别控制家用设备，更可以执行场景操作，使多个设备形成联动；另一方面，智能家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要用户指挥也能根据不同的状态互动运行，从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间，还将原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交换畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。系统的网络化功能可以提供遥控、家电（空调，热水器等）控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、可编程定时控制及计算机远程控制等多种功能和手段。使生活更加舒适、便利和安全。因智能家居控制系统布线简单、功能灵活，扩展容易而被人们广泛接受和应用。

智能家居控制部分要求

一、智能家居控制主要分为灯光、家电（其中包含空调、电视、热水器等等）；电动窗帘的控制这三大区域

A、灯光控制部分： 1.在灯光控制部分除了普通的对某一路灯进行开关控制之外；必须具有对白炽灯进行亮度的随意调节及软启动的功能。软启动及开启或关闭灯光的时候有个渐变的过程，即当开启灯光时，灯光强度由暗渐渐变亮，或关闭灯光的时候，灯光强度由亮慢慢变暗，可以让住户眼睛有个适应的时间，而不会因为灯光突然亮起而让眼睛感觉不舒服。

2.除了这些常见的功能外，系统还必须对灯光控制进行多种动作定义。如可以有灯光亮度的定义，比如开灯时可以让灯光渐亮到30%或50%，等等。这个主要用于模拟客户夜间回家或起床，可以让灯光不要开的太亮，以免影响其他休息的人。

智能环境控制系统

随着科技的快速发展和人们对生活品质要求的提高，智能环境控制系统逐渐成为现代生活中的重要组成部分。通过将智能化技术应用于环境控制，我们可以实现对温度、湿度、光照、空气质量等环境因素的精确调控，进而实现高效节能和舒适生活的完美结合。

智能环境控制系统主要由传感器、控制器、执行器和通信网络等组成。传感器负责监测环境因素，如温度、湿度、光照、空气质量等；控制器接收到传感器的数据后，根据预设的程序对执行器进行控制，以实现对环境因素的调整；执行器则根据控制器的指令调整环境因素，如调整空调的温度、开启或关闭灯光等；通信网络则负责将传感器、控制器和执行器连接起来，实现数据的实时传输和控制指令的快速响应。

家庭环境控制：通过智能环境控制系统，家庭中的温度、湿度、光照、空气质量等都可以实现精确调控。例如，当室内温度升高时，空调会自动开启制冷模式；当室内光线不足时，灯光会自动开启补充光线。同时，用户还可以通过手机APP或语音控制环境因素，实现真正的智能家居生活。

公共建筑环境控制：在公共建筑中，智能环境控制系统可以实现对温度、湿度、光照、空气质量等的精确调控。例如，在大型商场或机场中，可以根据人流量和天气情况自动调整空调的温度和风速；在图书馆或博物馆中，可以根据展品的需求和观众的数量自动调整灯光和湿度。

工业生产环境控制：在工业生产中，对环境因素的控制要求更为严格。智能环境控制系统可以实现对生产车间温度、湿度、光照、空气质量等的精确调控。例如，在制药或化工行业中，需要根据生产工艺要求精确控制车间的温度和湿度；在食品加工行业中，需要根据食品的特性控制车间的光照和空气质量。

节能环保：通过精确调控环境因素，智能环境控制系统可以有效降低能源消耗，实现节能减排的目标。例如，在冬季，通过智能环境控制系统可以根据室内温度和室外天气情况自动调整空调的温度和风速，避免能源的浪费。

提高生活质量：通过智能环境控制系统，人们可以根据自己的需求精确调控生活环境，提高生活质量。例如，在卧室中，可以通过智能环境控制系统将室内温度调整到最适宜睡眠的温度；同时可以根据个人的喜好调整光线和音乐等环境因素。

家庭智能控制系统

智能科技的快速发展已经改变了我们的生活方式，而家庭智能控制系统作为其中的一个重要组成部分，正逐渐进入我们的日常生活。家庭智能控制系统是指通过网络和传感器等技术手段，将家庭中的各种电器设备连接起来，实现远程控制和智能化管理的系统。本文将从智能家居的发展背景、家庭智能控制系统的组成以及它的优势等方面进行探讨。

一、智能家居的发展背景

随着科技的不断进步，人们对生活质量的要求也越来越高。传统的家居设备难以满足人们的需求，因此智能家居应运而生。智能家居旨在通过科技手段来提升居住环境的舒适度、安全性和便利性。

二、家庭智能控制系统的组成

家庭智能控制系统包括硬件设备和软件系统两个部分。硬件设备主要由控制中心、智能终端设备以及各类传感器组成。控制中心是智能家居的核心，负责接收、处理和发送各种指令。智能终端设备可以是智能手机、平板电脑等，用于远程控制家居设备。传感器用于感知家庭环境的参数，例如温度、湿度、光照等。软件系统则是家庭智能控制系统的大脑，通过算法和人工智能技术，实现家庭设备的自动化控制和智能化管理。

三、家庭智能控制系统的优势 1. 提高生活便利性：通过家庭智能控制系统，用户可以远程控制家庭电器设备，无论身在何处都能随时随地掌控家中的状态，实现一键开关、定时开关等功能，极大地提高了生活的便利性。

2. 增强家庭安全性：家庭智能控制系统可以通过安防监控设备、智能门锁和烟雾报警器等实现对家庭安全的全面监控和管理。当异常情况发生时，系统会及时报警并发送信息给用户，提升了家庭的安全性。

3. 节约能源：家庭智能控制系统能够通过智能调控家中的电器设备，根据家庭成员的使用习惯和环境参数进行自动化的能源管理。例如，智能家居可以根据房间是否有人自动调节空调温度，合理利用电能资源，从而达到节能的效果。

4. 提升居住舒适度：家庭智能控制系统可以根据用户的需求智能调节各种设备，例如智能灯光可以根据光线强度自动调节亮度，智能窗帘根据时间和天气自动开关，智能音响可以播放用户喜好的音乐等，为用户打造更加舒适的居住环境。