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哈工大机电系统智能控制 第一章 概述

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哈工大自动控制原理课件-第一章

哈工大自动控制原理课件-第一章

1.2自动控制系统的组成及原理
（4）反馈信号：是被控变量经由传感器等元 件变换并返回到输入端的信号，它要与输入信 号进行比较(相减)以便产生偏差信号，反馈信 号一般与被控变量成正比。 （5）扰动(信号)是加于系统上的不希望的外来 信号，它对被控变量产生不利影响，又称干扰 或“噪声”。
(6)反馈量（Feedback Variable）： 通过检测 元件将输出量转变成与给定信号性质相同且数 量级相同的信号。
1.1自动控制的基本概念
近年来由于计算机与信息技术的迅速发展，控 制工程无论从深度上还是从广度上都在向其他 学科不断延伸与扩展，逐渐发展到以控制论、 信息论、仿生学为基础，以智能机为核心的智 能控制阶段。
本课程重点讲述经典控制理论，即本书的 前6章。
1.2自动控制系统的组成及原理
1.2自动控制系统的组成及原理
作业10% 作业共计5次 试验10% 一到两次试验 大作业10% 两次 期末考试70%
第1章 自动控制系统概述
本章主要内容：
自动控制的概念 自动控制系统的组成 自动控制系统的分类 对自动控制系统的基本要求及典型输入信号 自动控制理论的发展史
1.1自动控制的基本概念
自动控制作为重要的技术手段，在工业、农业、 国防、科学技术领域得到了广泛的应用。 自动控制：是指在无人干预的情况下，利用控制 装置(或控制器)使被控对象(如机器设备或生产过 程)的一个或多个物理量(如电压、速度、流量、液 位等)在一定精度范围内自动地按照给定的规律变 化并达到要求的指标。 例如，电网电压和频率自动地维持不变；数控机 床按照预定的程序自动地切削工件；火炮根据雷 达传来的信号自动地跟踪目标；人造卫星按预定 的轨道运行并始终保持正确的姿态等。这些都是 自动控制的结果。自动控制系统性能的优劣， 将 直接影响到产品的产量、 质量、 成本、 劳动条件 和预期目标的完成。

哈工大 机电控制系统分析与设计(讲义)

哈工大 机电控制系统分析与设计(讲义)
2.1 引言.......................................................................................................................10 2.1.1 数学模型的简化性和精确性.......................................................................10 2.1.2 线性系统.......................................................................................................10 2.1.3 线性定常系统和线性时变系统...................................................................10 2.1.4 自动控制知识回顾.......................................................................................10 2.1.4.1 拉氏变换 ................................................................................................... 11 2.1.4.2 传递函数 ...................................................................................................13 2.1.4.3 框图 ...........................................................................................................14 2.1.4.4 阻抗分析法 ...............................................................................................14

机电系统计算机控制哈工大课件

机电系统计算机控制哈工大课件
1.4 计算机控制系统的一般要求 稳定性 精确性 快速性
1.4 计算机控制系统的一般要求
性能指标（performance specification）
（1）被控对象的最高运行加速度 （2）被控对象的最高运行速度 （3）最低平滑速度
T N .m Pw nrad / s
9.55
Pw nrpm
稳定判据之三： 双线性变换 bode图
稳定裕度（幅值裕度，相位裕度）
0
w0
w
-180°
w
在相角 1800时，如果20 lg G ( s) 0，即G ( jw) 1, 这时开环传递函数G ( s)
U 0 (s) 1, 系统的输出为收敛的。 U i ( s)
1.4 计算机控制系统的一般要求
2 信号采样与Z变换
•计算机控制系统的信号形式 •信号采样与保持 采样信号、采样定理、量化与量化误差、孔径时间、零阶采样保持器 • Z变换 Z变换与差分方程、Z变换定义、性质、常用定理、 方法、 Z反变换的方法、求 解差分方程
课程内容
3 计算机控制系统分析
•脉冲传递函数 开环系统脉冲传递函数、闭环系统脉冲传递函数 • 计算机控制系统性能分析 稳定性分析 、稳态误差分析、动态响应分析
机电系统的计算机控制
（28学时 学位课）
主讲：陈维山，董惠娟
教材：机电系统计算机控制 陈维山 赵杰 编著 哈尔滨工业大学出版社
课程基础
1.机电系统参数及动力学基础
performance-dependent mechanical factors: 驱动力、驱动力矩、负载、摩擦力、 摩擦力矩、间隙、刚性、惯性、共振频率、传动比对控制系统的影响，如摩擦对 系统的稳态误差的影响、对系统的稳定性、快速性等动态性能的影响。

哈工大机电一体化课件资料

哈工大机电一体化课件资料

瞬时输出功率大；过载差； 一旦卡死，会引起烧毁事故； 受外界噪音影响大。
气体压力源压力5~7×MPa； 气源方便、成本低；无泄露而 功率小、体积大、难于小型
气 要求操作人员技术熟练。 压
污染环境；速度快、操作简便。 化；动作不平稳、远距离传 输困难；噪音大；难于伺服。
式
液体压力源压力
输出功率大，速度快、动作平 设备难于小型化；液压源和
形状记忆合金就是利用一些材料的晶体结构的相互转变来使其具有形状记忆功能的。
33
3. 形状记忆合金特性 集传感、驱动、控制、换能于一身 机械性质优良，能恢复的形变可高达10％以上，而一般金属材料只有0.1％以下 有确定的转变温度 镍~钛 50℃ 在加热时产生的回复应力非常大，可达500MPa 对环境适应能力强，不受温度以外的其他因素影响 无振动噪声，无污染 抗疲劳 回忆变形500万次不疲劳变形
1932年瑞典人欧勒特在观察某种金镉合金的性能时首次发现形状记忆效应。 1962年美国海军实验室在开发新型舰船材料时，在Ti-Ni合金中发现把直条形的材料加工成弯曲形 状，经加热后它的形状又恢复到原来的直条形。从 此形状记忆合金引起了极大的关注。
32
2.形状记忆合金记忆原理 人们利用同一种成分的材料可以有不同的“相”， 就能演出一幕幕“相”变戏，即改变外界条 件如温度,使材料由一种晶体结构变成另一种晶体结构，材料的力学性能和物理或化学性能也就随 之改变，当温度恢复时材料的晶体结构也恢复到原来的状态，性质也随之复原。
34
3. 形状记忆合金的应用 （1）形状记忆合金在航空航天中的应用
35
2. 智能机械手 ➢形状记忆元件具有感温和驱动双重功能，因此可用于制作智能机械手。手指和手腕靠Ti-Ni合金螺旋弹簧的 伸缩实现开闭和弯曲动作，肘和肩是靠直线状Ti-Ni合金丝的伸缩实现弯曲动作。各个形状记忆合金元件都由 直接通上的脉宽可调电流加以控制。 ➢这种机械手的最大特点是小型化，非常适于航天的无人操作活动。其另一个重要特征是动作柔软，非常接 近人手的动作,可完成许多细腻的工作，如取出鸡蛋等。

哈工大机械原理课件

哈工大机械原理课件

I
5
IV
2
II
4
V
1
III
3
移 动 副
V
1
IV
2
螺 旋 副
V
1
２、根据组成运动副的两个运动副元素的接触情况分类 运动副元素以点或线接触的运动副称为高副 。
球面高副
柱面高副
运动副元素以面接触的运动副称为低副 。
球面低副
移动副
转动副
３、根据组成运动副的两个构件的相对运动形式分类
空间运动副
球销副
螺旋副
只是为了表明机构的运动状态或各构件的 相互关系，也可以不按比例来绘制运动简图， 通常把这样的简图称为机构示意图。
常用机构构件、运动副代表符号
绘制机构运动简图的步骤
1. 在绘制机构运动简图时，首先确定机构的原动件 和执行件，两者之间为传动部份，由此确定出组成机 构的所有构件，然后确定构件间运动副的类型。 2. 为将机构运动简图表示清楚，恰当地选择投影面。一 般选择与多数构件的运动平面相平行的面为投影面，必要 时也可以就机械的不同部分选择两个或两个以上的投影面 ，然后展开到同一平面上。总之，绘制机构运动简图要以 正确、简单、清晰为原则。 3. 选择适当的比例尺，根据机构的运动尺寸定出各运动 副之间的相对位置，然后用规定的符号画出各类运动副，并 将同一构件上的运动副符号用简单线条连接起来，这样便可 绘制出机构的运动简图。
30米/分
500
二、创新
◆自然科学领域的最高成就是发现
◆应用技术领域的最高成就是发明
发明：
◆基础理论知识
◆应用技术知识 ◆实践经验
◆强烈的创新意识 ◆勤奋的工作
两用折叠椅
外环
双曲面滚柱加载器

哈工大机器人技术课件第一章

哈工大机器人技术课件第一章

国外
国内
传感器、换能器、变换器、敏感器件、 探测器、检出器、检测器， ××计（如加速度计）。
5
传感器的定义
传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为 与之有确定关系的、便于应用的某种物理量的 测量器件或装置。 上述定义包含了以下含义：



传感器是测量装置，能完成检测任务； 其输入量是某种被测量，可能是物理量，也可能是 化学量、生物量等； 其输出量是某种便于传输、转换、处理和显示的物 理量，如气、光、电量等，目前主要是电量 输出量与输入输入有对应关系，并且具有一定的精 确度。
16
电动式动态力测力传感器
F-被测动态力 v-速度 E-感生电动势 I-感生电流 Fˊ-安培力
F’ F v I E
构造一个四端网络模型
F’ F 逆变换器 I
机 械 端 口
预 变 换 器
理想变换器
电 变 换 器
电 端 口
v
基本变换器
E
18
机电模拟
F
L
m
R
c
k
E
C
机械系统模型
电路系统模型
机电模拟
28
dv 机械系统微分方程：m cv k vdt F dt dI 电路系统微分方程：L RI C Idt E dt
v-I F -E
机电模拟， F-E；v-I
v 预变换器：Ym ——机械导纳 F E 电变换器：Ze ——电阻抗 I F 逆变换器： ——逆变换器灵敏度 I E 基本变换器： ——基本变换器灵敏度 v
传感器的数学模型 传感器的静态特性 传感器的动态特性 传感器的标定
15
第一节 传感器的数学模型
什么是模型？

机电系统控制器与应用PLC篇之一概述1

机电系统控制器与应用PLC篇之一概述1
可编程控制器PLC
第三部分 第1章 可编程控制器概述
参考教材：
• 《零起点学西门子PLC》，高鸿斌，电子工业出 版社，2012年
Date: 2020/4/11
Page: 1
哈尔滨工业大学机电工程学院
可编程控制器PLC
一、专业知识体系需求
➢ 机械 ➢电 ➢ 控制 ➢ 计算机
Date: 2020/4/11
Date: 2020/4/11
Page: 10
哈尔滨工业大学机电工程学院
可编程控制器PLC
二、可编程控制器的产生
Date: 2020/4/11
Page: 11
哈尔滨工业大学机电工程学院
可编程控制器PLC
二、可编程控制器的产生
Date: 2020/4/11 NhomakorabeaPage: 12
哈尔滨工业大学机电工程学院
Date: 2020/4/11
Page: 5
哈尔滨工业大学机电工程学院
可编程控制器PLC
第三部分 第1章 可编程控制器概述
本章主要讲解…
一、可编程控制器的定义 二、可编程控制器的产生 三、可编程控制器的特点 四、可编程控制器的应用 五、可编程控制器的发展 六、可编程控制器的类型
Date: 2020/4/11
• 随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程控制器的
功能已远远超出了顺序控制的范围。被称为可编程控制器 （Programmable controller，略写PC)。为区别于Personal Computer (PC)，故沿用PLC 这个名称。
Date: 2020/4/11
Page: 8
哈尔滨工业大学机电工程学院
Date: 2020/4/11

哈工大电力拖动 DCsys_c1..

哈工大电力拖动 DCsys_c1..
n
工作条件： 保持电压 U =UN ； 保持电阻 R = R a ； 调节过程： 减小励磁 N n ， n0 调速特性： 转速上升，机械特性 曲线变软。

n0
n3 n2 n1 nN
N 1 2 3
O
TL
调磁调速特性曲线
Te
三种调速方法的性能与比较
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统 来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变 电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速， 但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基 速（即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升速。 自动控制的直流调速系统往往以调压调速为 主。
1.1 直流调速系统用的可控直流电源 根据前面分析，调压调速是直 流调速系统的主要方法，而调节电 枢电压需要有专门向电动机供电的 可控直流电源。 本节介绍几种主要的可控直流 电源。
常用的可控直流电源有以下三种 旋转变流机组——用交流电动机和直流发 电机组成机组，以获得可调的直流电压。 静止式可控整流器——用静止式的可控整 流器，以获得可调的直流电压。 直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定 直流电源或不控整流电源供电，利用电力 电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产 生可变的平均电压。
如图电路为由2个三相桥并联而成的12脉波整流电 路，使用了平衡电抗器来平衡2组整流器的电流。
1 T b1 a1 a2 VT c1 b2 c2 M LP 2 L
（1）触发脉冲相位控制；
（2）电流脉动及其波形的连续与断续；
（3）抑制电流脉动的措施；
（4）晶闸管-电动机系统的机械特性； （5）晶闸管触发和整流装置的放大系数和 传递函数。
1.2.1 触发脉冲相位控制
T VT uV T u2 ud R id L

哈工大自动控制1-绪论

哈工大自动控制1-绪论
温度控制,生铁成分控制,厚度控制,张力控制,等等。
自动控制 :
在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装 控制装置或控制器 置（称 ）, 使机器、 被控对象 被控量 设备或生产过程（ ）的某个工作状态或参 数（即 ）自动地按照预定的规律运行。
例2.[程控机床]:自动进刀切削，加工出预期的几何形 状直线、圆弧等各种差补控制，进给量控制,等等。
第一章 自动控制的一般概念
反馈控制系统的工作原理
从人取书的反馈控制系统方块图可见： 给定量位于系统的输入端，称为系统输入量，也称 为参考输入量（信号）。 被控制量位于系统的输出端，称为系统输出量。
输出量通过测量装置返回系统的输入端，使之与输 入量进行比较，产生偏差信号的过程称为反馈。返回 的输出信号称为反馈信号。若反馈信号与输入信号相 减，使产生的偏差越来越小，则称为负反馈；反之， 则称为正反馈。
美国N. Minorsky研制出用于船舶驾驶的伺服结构， 提出PID控制方法(1922)。 美国E. Sperry以及C. Mason研制出火炮控制器 (1925)，气压反馈控制器(1929)。
哈尔滨工程大学自动化学院
9
自动控制原理
第一章 自动控制的一般概念
美国H.S. Black提出放大器性能的负反馈方法 (Negative Feedback Amplifier) (1927)
英国E.J. Routh建立 Routh判据(RouthHurwitz Stability Criteria)(1875年) 俄国A.M. Lyapunov博 士论文“论运动稳定性的 一般问题” (1892年)
哈尔滨工程大学自动化学院
8
自动控制原理
第一章 自动控制的一般概念
经典控制（1935-1950）

哈工大自控课件第一章

哈工大自控课件第一章

• 1945年伯德(H.W.Bode)提出了分析控制系统的另一种图解 方法即频率法。
偏差信号：它是指参考输入与主反馈信号之差。
误差信号：指系统输出量的实际值与期望值之差，简称误差。 扰动信号：简称扰动或干扰、它与控制作用相反，是一种不希 望的、影响系统输出的不利因素。扰动信号既可来自系统内部， 又可来自系统外部，前者称内部扰动，后者称外部扰动。
自动控制原理
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
• 《自动控制原理》是自动控制技术的基础理论，是 一门理论性较强的工程科学。
现代的工程技术人员和科学工作者，必须具备 一定的自动控制理论基础知识！
自动控制原理
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
第一章 自动控制理论概述
§1-2 自动控制理论和自动控制系统的基本概念
举例：
杠杆
第一章 自动控制理论概述
§1-4 自动控制理论概要
一、自动控制理论主要研究的问题
•
系统分析
在已知系统的结构参数的条件下，研究系统在某种典型 输入信号下输出信号变化的全过程，并从这个变化过程中 得到评价系统性能的指标；以及讨论系统的性能和系统结 构、参数的关系。
•
系统设计
在给定被控对象及所要求的性能指标的情况下，设计一
第一章
四、自动控制系统的概念和特征
自动控制理论概述
自动控制：
在没有人直接参与的情况下，通过控制器（控制装置） 使被控制对象或过程自动地在一定的精度范围内按照预定的
规律运行。
系统： 由相互制约的各个部分按一定的规律组成的、为达
到一定目的的、具有一定功能的整体。
反馈：
将检测出来的输出量送回到系统的输入端，并与输 入信号比较的过程。反馈分为负反馈（反馈信号与输入 信号相减）和正反馈（反馈信号与输入信号相加）。

哈工大自动控制原理

哈工大自动控制原理

参考输入
偏差 控制 器
控制 变量
执行 元件
扰动量
被控 被控制量 对象
测量元件
闭环控制 测量元件测量被控制量，反馈到输入端与参考输 入相比较，产生偏差信号。对偏差信号放大变换，使被控制量 向减少偏差的方向变化（减小或消除偏差）。
控制系统的基本组成
参考输入 偏差 放大与 串联补偿
扰动量
功
执行
放
元件
被控 被控制量 对象
4.比较元件 实现参考输入与反馈量的比较，产生偏差信号。
5.被控对象 控制系统所要控制的对象，其输出为系统地被控制量。
6.补偿元件（校正元件）用于改善系统的动态和稳态性能。
控制系统的分类
伺服系统（随动系统）：输入信号是变化规律未知的任 意时间函数，系统的任务是使被控制量按同样规律变化并与 输入信号的误差保持在规定的范围内。

E
大 ur 器
ua i(t)
减速器
ML
负载
iJ 激磁绕组
闭环直流电 机调速系统
+
放 大
+ u_ r
+ u_
器
E
iJ ia
ua i(t)
激磁绕组
减速器
ML
负载
_
+
_
uf
ucf
测速发电机激磁
开环控制与闭环控制
控制变量
参考输入
控制
执行
器
元件
扰动量
被控 被控制量 对象
开环控制 没有测量元件，没有反馈。
常见的有：火炮方位、俯仰控制系统；导弹发射架控 制系统；雷达天线控制系统；仿型铣床；记录仪表随动系 统；机器人运动控制系统;硬盘磁头位置控制系统。

chapter 2-1

chapter 2-1

for k=1:1:1001 x(k)=(k-1)*0.10; if x(k)>=0&x(k)<=25 y(k)=1.0; else y(k)=1/(1+((x(k)-25)/5)^2); end end plot(x,y,'k'); xlabel('X Years');ylabel('Degree of membership');风的源自弱人的胖瘦年龄大小
个子高低
在模糊数学中，我们称没有明确边界（没有清晰外延）的集合 为模糊集合。常用大写字母下加波浪线的形式来表示，如 A 、 B 等。
元素属于模糊集合的程度用隶属度（Membership Function）， 或模糊度来表示。
隶属度即论域中元素属于模糊集合的程度。用 A ( xi )来表示。 隶属度的值为[0，1]闭区间上的一个数，其值越大，表示该元 素属于模糊集合的程度越高，反之则越低。 计算隶属度的函数称为隶属函数。用 A ( x) 表示。
2.6 2.7
模糊关系与模糊推理
模糊控制器的设计与实现 模糊自适应整定PID控制
大多数应用系统主要信息来源有两种： （1）来自传感器的数据信息； （2）来自专家的语言信息。 数据信息常用0.5，2，3，3.5等数字来表示， 语言信息则用诸如“大”、“小”、“中等”、“非常小”
等文字来表示。
传统的工程设计方法只能用数据信息而无法使用语言信息， 而人类解决问题时所使用的大量知识是经验性的，它们通常 是用语言信息来描述。 语言信息通常呈经验性，是模糊的。
~
武汉工业大学张南伦教授调查统计结果如下： 表2-1 关于“青年人”年龄的调查
18～25 15～30 18～30 18～25 15～28 16～35 15～28 16～25 16～30 18～28 15～30 18～28 15～25 17～30 18～35 18～30 18～25 16～30 15～25 18～30 18～28 18～35 18～30 15～35 18～35 18～35 17～28 17～35 15～25 16～28 19～28 15～25 15～25 16～28 17～25 18～25 15～30 16～30 15～30 18～25 18～25 18～30 18～30 15～30 18～28 15～25 18～30 15～30 16～35 20～30 15～30 15～25 16～35 18～25 15～28 16～30 15～26 16～30 18～30 18～35 18～25 17～29 20～30 18～35 15～30

自动控制理论_哈尔滨工业大学_1 第1章自动控制理论概述_(1.3.1) 1.3控制系统的组成和分类

自动控制理论_哈尔滨工业大学_1 第1章自动控制理论概述_(1.3.1) 1.3控制系统的组成和分类

来描述。
满足齐次性和叠加性，时间响应的特征与初始量无关。
•
非线性系统
系统中含有一个或多个非线性元件，非线性元件的静态输入-输
出特性均为非线性的。凡含有非线性元件的系统均称为非线性系统。
系统的运动需要用非线性的微分方程或差分方程来描述。
3. 按信号传递是否连续分类
连续系统——系统中各环节间的信号均为时间t的连续函数。运动规 律用微分方程来描述。 离散系统——信号的传递过程中，只要有一处是脉冲序列或数字编 码，这类系统要用差分方程来进行描述。
§1.3 控制系统的组成和分类
一、控制系统的组成
比较 元件
r(t) + e(t) 串联 参考输入 偏差 校正元件
- 信号
控制量
+
放大元件
-
执行元件
扰动
控制对象 C(t)
输 出
主 反 馈
反馈校正元件
局部反馈
信
号
测量元件
主反馈
典型自动控制系统方块图
参测量考反输馈入元：件也—叫—给用定以量测，量它被是控输量入并将系其统转的换指成令与信输号入。量同一物理量后，再 反馈到输入端以作比较。 输比出较：元系件—统—要用求来按比一较定输规入律信输号出与的反物馈理信号量。， 又 称 被 控 量 。
扰的工动作信机号：械简或生称产扰过动程或。干 扰 、 一 种 不 希 望 的 、 影 响 系 统 输 出 的 不 利 因 素 。
来自系统内部，称内部扰动；来自系统外部，称外部扰动。
二、自动控制系统的分类
1. 按输入信号的特征分
• 恒值控制系统（又称自动调节系统） 输入信号为常数，输出量以一定的准确度保持在希望
本节小结
• 控制系统的基本组成及其术语。 • 控制系统的类型。
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1.3 智能控制的理论结构
智能控制的理论结构明显地具有多 学科交叉的特点，许多研究人员试图建 立起智能控制这一新学科，他们提出了 一些有关智能控制系统结构的思想。按 照（傅京孙）和Saridis提出的观点，可 以把智能控制看作是人工智能、自动控 制和运筹学三个主要学科相结合的产物。 称之为三元结构。
1.2 智能控制的特点


具有以知识表示的非数学广义模型 和以数学模型表示的混合过程,也往 往是那些含有复杂性、不完全性、 模糊性或不确定性以及不存在已知 算法的非数学过程，并以知识进行 推理，以启发引导求解过程; 智能控制的核心在高层控制，即组 织级;
1.2 智能控制的特点





智能控制器具有非线性特性; 智能控制具有变结构特点; 智能控制器具有总体自寻优特性; 智能控制系统应能满足多样性目标 的高性能要求; 智能控制是一门边缘交叉学科; 智能控制是一个新兴的研究领域.
1.7 智能控制的发展概述
Saridis在学习控制系统研究的基础上，提出 了分级递阶和智能控制结构，整个结构自上而下 分为组织级、协调级和执行级三个层次，其中执 行级是面向设备参数的基础自动化级，在这一级 不存在结构性的不确定性，可以用常规控制理论 的方法设计。协调级实际上是一个离散事件动态 系统，主要运用运筹学的方法研究。组织级涉及 感知环境和追求目标的高层决策等类似于人类智 能的功能，可以借鉴人工智能的方法来研究。因 此，Saridis将傅京孙关于智能控制是人工智能与 自动控制相结合的提法发展为:智能控制是人工智 能、运筹学和控制系统理论三者的结合。
1.1 智能控制的基本概念

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。
1.1 智能控制的基本概念

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。
课程主要内容
共36个学时 概述 专家控制 模糊控制 神经网络控制 遗传算法和蚁群算法 混合控制

参考书目





1 李士勇，模糊控制．神经控制和智能控制论， 哈尔滨工业大学出版社，2004 2 傅京孙，人工智能及其应用，清华大学出版 社，1987 3 王国俊，非经典数理逻辑与近似推理，科学 出版社，2000 4 林尧瑞，专家系统原理与实践，清华大学出 版社，1988 5 钟义信，智能理论与技术-人工智能与神经网 络，人民邮电出版社，1992
1.7 智能控制的发展概述
近年来，智能控制技术在国内外已有 了较大的发展，己进入工程化、实用化的 阶段。但作为一门新兴的理论技术，它还 处在一个发展时期。然而，随着人工智能 技术、计算机技术的迅速发展，智能控制 必将迎来它的发展新时期。
1.5 智能控制的研究对象
智能控制主要应用在以下情况： 实际系统由于存在复杂性、非线性、 时变性、不确定性和不完全性等，一 般无法获得精确的数学模型。 应用传统控制理论进行控制必须提出 并遵循一些比较苛刻的线性化假设， 而这些假设在应用中往往与实际情况 不相吻合。
1.5 智能控制的研究对象
1.7 智能控制的发展概述


智能控制是自动控制理论发展的必 然趋势 人工智能为智能控制的产生提供了 机遇
1.7 智能控制的发展概述
自动控制理论是人类在征服自然、 改造自然的斗争中形成和发展的。控制 理论从形成发展至今，已经经历多年的 历程，分为三个阶段。第一阶段是以上 世纪40年代兴起的调节原理为标志，称 为经典控制理论阶段；第二阶段以60年 代兴起的状态空间法为标志，称为现代 控制理论阶段；第三阶段则是80年代兴 起的智能控制理论阶段。
1.3 智能控制的理论结构



人工智能（AI）：是一个知识处理系统， 具有记忆、学习、信息处理、形式语言、 启发式推理等功能。自动控制（AC）：描述系统的动力学 特性，是一种动态反馈。 运筹学（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。
1.3 智能控制的理论结构
1.3 智能控制的理论结构
IC=AI∩AC∩OR IC ─ 智能控制 ( Intelligent Control); OR─运筹学 (Operation Research） Al─人工智能 (Artificial Intelligence); AC 一 自 动 控 制 (Automatic Control); ∩一表示交集.
智能控制就是应用人工智能的 理论与技术和运筹学的优化方法， 并将其同控制理论方法与技术相结 合，在未知环境下，仿效人的智能， 实现对系统的控制。 可见，智能控制代表着自动控 制学科发展的最新进程。
1.3 智能控制的理论结构
1.4 智能控制与传统控制的关系
传统控制（Conventional control）： 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（Intelligent control）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。
1.7 智能控制的发展概述
1985年8月，在美国纽约召开了第一届智能控 制学术讨论会，智能控制原理和智能控制系统的结 构这一提法成为这次会议的主要议题。这次会议决 定，在IEEE控制系统学会下设立一个IEEE智能控 制专业委员会。这标志着智能控制这一新兴学科研 究领域的正式诞生。智能技术在国内也受到广泛重 视，中国自动化学会等于1993年8月在北京召开了 第一届全球华人智能控制与智能自动化大会，1995 年8月在天津召开了智能自动化专业委员会成立大 会及首届中国智能自动化学术会议。
1.7 智能控制的发展概述
傅京孙在1971年指出，为了解决智能控 制的问题，用严格的数学方法研究发展新的工 具，对复杂的"环境-对象"进行建模和识别， 以实现最优控制，或者用人工智能的启发式思 想建立对不能精确定义的环境和任务的控制设 计方法。也就是说，对于复杂的环境和复杂的 任务，如何将人工智能技术中较少依赖模型的 问题的求解方法与常规的控制方法相结合，这 正是智能控制所要解决的问题。


对于某些复杂的和饱含不确定性的控制 过程，根本无法用传统数学模型来表示， 即无法解决建模问题。 为了提高控制性能，传统控制系统可能 变得很复杂，从而增加了设备的投资， 减低了系统的可靠性。
1.6 智能控制的类型
智能控制系统一般包括 分级递阶控制系统 专家控制系统 神经控制系统 模糊控制系统 学习控制系统 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。
1.1 智能控制的基本概念
智能控制已经出现了相当长的 一段时间，并且已取得了很多应用 成果。但是究竟什么是“智能”， 什么是“智能控制”等问题，至今 仍没有统一的定义。归纳起来，关 于智能控制主要有如下四种说法：
1.1 智能控制的基本概念

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。
智能控制是自动控制发展的一个新阶段，是 人工智能、控制论、系统论和信息论等多种学科 的综合与集成，是当前的一个研究热点。
进 展 方 向 智能控制 自学习控制 自适应/鲁棒 控制 随机控制 最优控制 确定性 反馈控制 开环控制 控制复杂性
第1章 概述



1.1 智能控制的基本概念 1.2 智能控制的特点 1.3 智能控制的理论结构 1.4 智能控制与传统控制的关系 1.5 智能控制的研究对象 1.6 智能控制的类型 1.7 智能控制的发展概述
机电系统智能控制
哈尔滨工业大学
教学目标
学完本课程后，学生应具有以下能力：

掌握智能控制的基本概念； 了解智能控制的基本理论，掌握智能控制的基本技术； 学会智能控制算法和系统的设计方法



掌握模糊控制器的组成、工作原理和设计方法； 了解模糊控制系统仿真或应用程序的编写方法； 掌握神经网络的基本概念、神经网络控制器的工作原理和设 计方法； 了解神经网络控制系统仿真或应用程序的编写方法； 掌握遗传算法和蚁群算法的基本思想、基本步骤； 掌握专家控制系统的基本概念，了解专家控制系统仿真或应 用程序的编写方法
1.1 智能控制的基本概念

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，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。
1.1 智能控制的基本概念


6 孙增圻，智能控制理论与技术，清华大 学出版社，1997 7 蔡自兴，智能控制（第二版），电子工 业出版社，2004
考核方式
读书报告 题目： 智能控制在X X X领域中的应用 要求： 按照学术论文形式组织内容和排版 （封皮采用研究生院规范模版） 提交时间： 最后一次课课后。

第1章 概述