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第四章专家控制系统

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第四章 专家系统与专家控制

第四章 专家系统与专家控制


4.1 专家系统的概念
4.1.3 专家系统的类型
关于专家系统的分类，目前还无定论。我 们仅从几个不同的侧面对此进行讨论。 （1）按用途分类 按用途分类，专家系统可分为：诊断型、 解释型、预测型、决策型、设计型、规划型、控 制型、调度型等几种类型。 （2）按输出结果分类 按输出结果分类，专家系统可分为分析型 和设计型。 9
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4.1 专家系统的概念
(1)专家拥有丰富的专业知识和实践经验， 或者说他（她）拥有丰富的理论知识和经验知 识，特别是经验知识； (2)专家具有独特的思维方式，即独特的分 析问题和解决问题的方法和策略。 专家系统应该具备以下四个要素： (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。 5
4.1 专家系统的概念
所以，准确一点讲，专家系统应该是：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。
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4.1 专家系统的概念
4.1.2 专家系统的特点
同一般的计算机应用系统（如数值计算、数 据处理系统等）相比，专家系统具有下列特点： (1)从处理的问题性质看，专家系统善于解决 那些不确定性的、非结构化的、没有算法解或虽有 算法解但在现有的机器上无法实施的困难问题。 (2)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（不像传统软件系统使用固定 的算法来解决问题），所以，专家系统是基于知识 的智能问题求解系统。 7
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4.2 专家系统的结构
（2）推理机（Inferense Engine） 所谓推理机，就是实现（机器）推理的程 序，是使用知识库中的知识进行推理而解决问 题的。所以，推理机也就是专家的思维机制， 即专家分析问题、解决问题的方法的一种算法 表示和机器实现。
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
智能控制整理

智能控制整理

第一章：1、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。

2、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。

3、IC(智能控制)=AC(自动控制)∩AI(人工智能) ∩OR(运筹学)4、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。

5、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。

6、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。

7、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8、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。

9、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。

第二章：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）12、专家系统的建立：1，知识库2，推理机3，知识的表示4，专家系统开发语言5，专家系统建立步骤。

13、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。

14、专家控制的基本结构：15、专家控制与专家系统的区别：1，专家控制能完成专门领域的功能，辅助用户决策；专家控制能进行独立的、实时的自动决策。

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?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。

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问题。

止匕外，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章专家系统控制(3.4专家控制系统)

第3章专家系统控制(3.4专家控制系统)

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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。
智能控制技术(第2章-专家系统与专家控制系统)教材

智能控制技术(第2章-专家系统与专家控制系统)教材


（2）推理机的设计
① 选择推理方式；
② 选择推理算法：选择各种搜索算法，如 深度优先搜索、广度优先搜索、启发式优 先搜索等。
（3）人─机接口的设计
① 设计“用户 ─ 专家系统接口”：用于咨 询理解和结论解释； ② 设计“专家 ─ 专家系统接口”：用于知 识库扩充及系统维护。
2.3 专家控制系统的设计方法
2. 2、专家系统的基本结构与实现
专家系统主要由知识库和推理机构 成，专家系统的结构如图2-4所示。
用户
领域专家
知识工程师
人机接口
解释机构
知识获取机构 专 家 系 统 核 心
数据库
推理机
知识库
专家系统的结构
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。
等价问题（更易）
4、“与或图”表示法
与或图构成规则 •与或图中的每个节点代表一个要解决的 单一问题或问题集合，图中的起始节点对 应总问题。 •对应于本原问题的节点为叶节点，它没 有后裔。 •对于把算符（与操作／或操作）应用于 问题 A的每种可能情况，都把问题变换为 一个子问题集合；有向弧线自A指向后继 节点，表示所求得的子问题集合。
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。
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。
智能控制（研究生）习题集

智能控制（研究生）习题集

习题集第一章概论1.试从学科和能力两个方面说明什么是人工智能。

2.哪些思想、思潮、时间和人物在人工智能发展过程中起了重要作用?3.近年来人工智能研究取得哪些重要进展?4.为什么能够用计算机模拟人类智能?5.目前人工智能学界有哪些学派?它们的认知观为何?6.自动控制存在什么机遇与挑战?为什么要提出智能控制?7.简述智能控制的发展过程,并说明人工智能对自动控制的影响。

8.傅京孙对智能控制有哪些贡献?9.什么是智能控制?它具有哪些特点?10.智能控制器的一般结构和各部分的作用为何?它与传统控制器有何异同?11.智能控制学科有哪几种结构理论?这些理论的内容是什么?12.为什么要把信息论引入智能控制学科结构?13.人工智能不同学派的思想在智能控制上有何反映?第二章知识表示方法1.状态空间法、问题归约法、谓词逻辑法和语义网络法的要点是什么?它们有何本质上的联系及异同点?2.设有3个传教士和3个野人来到河边,打算乘一只船从右岸渡到左岸去。

该船的负载能力为两人。

在任何时候,如果野人人数超过传教士人数,那么野人就会把传教士吃掉。

他们怎样才能用这条船安全地把所有人都渡过河去?3.利用下图,用状态空间法规划一个最短的旅行路程:此旅程从城市A开始,访问其他城市不多于一次,并返回A。

选择一个状态表示,表示出所求得的状态空间的节点及弧线,标出适当的代价,并指明图中从起始节点到目标节点的最佳路径。

4.试说明怎样把一棵与或解树用来表达下图所示的电网络阻抗的计算。

单独的R、L或C可分别用R、jωL或1/jωC来计算,这个事实用作本原问题。

后继算符应以复合并联和串联阻抗的规则为基础。

5.试用四元数列结构表示四圆盘梵塔问题,并画出求解该问题的与或图。

6.用谓词演算公式表示下列英文句子(多用而不是省用不同谓词和项。

例如不要用单一的谓词字母来表示每个句子)。

A computer system is intelligent if it can perform a task which,if performed by a human, requires intelligence.7.把下列语句表示成语义网络描述:(1)All man are mortal.(2)Every cloud has a silver lining.(3)All branch managers of DEC participate in a profit-sharing plan.8.作为一个电影观众,请你编写一个去电影院看电影的剧本。

智能控制技术(第2章-专家系统与专家控制系统)

智能控制技术(第2章-专家系统与专家控制系统)


（3）成熟期（1972-1977年）： 在此期间斯坦福大学研究开发了最著名 的专家系统-血液感染病诊断专家系统 MYCIN，标志专家系统从理论走向应用。 另一个著名的专家系统-语音识别专家系统 HEARSAY的出现，标志着专家系统的理 论走向成熟。
（4）发展期（1978-现在） 在此期间，专家系统走向应用领域， 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。
等价问题（更易）
4、“与或图”表示法
与或图构成规则 •与或图中的每个节点代表一个要解决的 单一问题或问题集合，图中的起始节点对 应总问题。 •对应于本原问题的节点为叶节点，它没 有后裔。 •对于把算符（与操作／或操作）应用于 问题 A的每种可能情况，都把问题变换为 一个子问题集合；有向弧线自A指向后继 节点，表示所求得的子问题集合。
（2）推理机的设计
① 选择推理方式；
② 选择推理算法：选择各种搜索算法，如 深度优先搜索、广度优先搜索、启发式优 先搜索等。
（3）人─机接口的设计
① 设计“用户─专家系统接口”：用于咨 询理解和结论解释； ② 设计“专家─专家系统接口”：用于知 识库扩充及系统维护。
2.3 专家控制系统的设计方法
2. 2、专家系统的基本结构与实现
专家系统主要由知识库和推理机构 成，专家系统的结构如图2-4所示。
用户
领域专家
知识工程师
人机接口
解释机构
知识获取机构 专 家 系 统 核 心
数据库
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。
控制系统设计指南 原书第4版

控制系统设计指南 原书第4版

一、概述控制系统设计是现代工程领域中一个重要的议题，对于各种工业过程、汽车、飞机、机器人等系统的性能和稳定性起着至关重要的作用。

而《控制系统设计指南》作为一部经典著作，在控制系统设计领域具有非常高的影响力和权威性。

本文将对《控制系统设计指南》原书第4版进行全面的阐述和分析。

二、作者及书籍概况《控制系统设计指南》是由美国知名控制系统专家George Ellis撰写的一部专著，涵盖了控制系统设计的理论和实践，适用于工程师、学生和研究人员。

本书已经出版了多个版本，第4版在第3版的基础上做了更新和扩充。

作者George Ellis是美国系统与控制学会的会员，拥有丰富的理论和实际经验，因此《控制系统设计指南》具有很高的权威性和可信度。

三、内容概述1. 第一章 - 控制系统概述本章介绍了控制系统的概念和基本原理，阐述了控制系统在各个领域的应用和意义，为后续章节的学习奠定了基础。

2. 第二章 - 数学模型本章深入探讨了控制系统设计所需的数学模型，包括传递函数、状态空间模型、离散时间系统等内容，为读者理解控制系统的数学基础做了详细解释。

3. 第三章 - 控制系统设计原则本章围绕系统性能、稳定性、鲁棒性等方面，介绍了控制系统设计的基本原则和方法，包括PID控制器设计、校正控制器设计等内容。

4. 第四章 - 控制系统实现本章讨论了控制系统实现的各种技术和方法，如数字控制系统、模糊控制系统、遗传算法等，为读者提供了多种选择和思路。

5. 第五章 - 稳定和性能分析本章介绍了稳定性和性能分析的相关理论和实践，包括时域分析、频域分析、极点分布等内容，帮助读者深入理解控制系统的稳定性和性能。

6. 第六章 - 鲁棒性设计本章详细介绍了鲁棒性设计的理论和方法，包括H-infinity控制、鲁棒控制、鲁棒优化等，为读者提供了多种解决方案。

7. 第七章 - 多变量系统设计本章探讨了多变量系统设计的理论和实践，包括多变量控制系统、模态分析、多变量稳定性分析等内容，帮助读者了解多变量系统设计的复杂性和挑战。

智能控制技术(专家系统与专家控制系统)PPT

智能控制技术(专家系统与专家控制系统)PPT

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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。

第4章 人工智能与智能控制理论——专家系统


• 对于给定的外部命令和任务，设法找到能完成该任务的子任务组合 • 将子任务的要求送到协调级
Uj
编译 输入 指令
机器推理 自顶向下
长期存储交换单元
机器规划 组织级
反馈
机器决策
规划 输出
协调级 YF
自底向上
最后对任务执行的结果进行 性能评价，并将评价结果逐 级向上反馈，同时对以前存 储的信息加以修改，起到机 器学习的作用。即完成推 理、规划、决策、学习和记 忆操作。
烹饪专家系统 包括的模块： 烹饪知识库模 块、烹饪数据 库模块、推理 模块、执行模 块及用户界面 模块，用户界 面模块
烹调设备包括： 控制系统、投料 机构逻辑控制系 统、出菜控制机 构、搅拌控制驱 动机构、锅具运 动机构、火候控 制系统以及上述 烹饪专家系统
大型复杂系统系统阶次高、子系统 互相关联、系统的评价目标多且目 标间又可能相互冲突等，常采用分 级递阶智能控制的形式。
组织级算法执行下列功能： 接收指令，并对它进行推理。推理表示把不同的本原活动和规则与所接收
的指令联系起来，并在概率上估计每个活动。 规划：对活动的操作。完成一规划所需的活动次序及插入的重复本原事
件。传递矩阵和传递概率用于排列动作次序和估算它们的总概率。 决策选择最有希望的规划。 用学习算法，由反馈实现对概率的更新（完成和估计每项任务之后）。 记忆交换，实现对储存在长时存储器内信息的更新。
Saridis提出的分级递阶智能控 制理论按照IPDI的原则分级管 理系统，它由组织级、协调 级、执行级三级组成的。
• 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。换句话说，组织器作为推理机的规则发生器，处理高层信息，用 于机器推理、规划、决策、学习（反馈）和记忆操作。

专家控制系统习题答案

第五次智能控制大作业19212030353赵东亮控制工程什么是专家系统？它具有哪些特点和优点？专家系统是人工智能中最重要的也是最活跃的一个应用领域，它实现了人工智能从理论研究走向实际应用、从一般推理策略探讨转向运用专门知识的重大突破。

专家系统是早期人工智能的一个重要分支，它可以看作是一类具有专门知识和经验的计算机智能程序系统，一般采用人工智能中的知识表示和知识推理技术来模拟通常由相关领域专家才能解决的复杂问题。

专家系统是一个基于知识的系统，它利用人类专家提供的专门知识，模拟人类专家的思维过程，解决对人类专家都相当困难的问题。

一般来说，一个高性能的专家系统应具备如下特点：1.启发性。

不仅能使用逻辑知识，也能使用启发性知识，它运用规范的专门知识和直觉的评判知识进行判断、推理和联想，实现问题求解。

2.透明性。

它使用户在对专家系统结构不了解的情况下，可以进行相互交往，并了解知识的内容和推理思路，系统还能回答用户的一些有关系统自身行为的问题。

3.灵活性。

专家系统的知识与推理机构的分离，使系统不断接纳新的知识，从而确保系统内知识不断增长以满足商业和研究的需要。

近20年来，专家系统获得迅速发展，应用领域越来越广，解决实际问题的能力越来越强，这是专家系统的优良性能以及对国民经济的重大作用决定的。

具体地说，专家系统的优点包括下列几个方面：1.专家系统能够高效率、准确、周到、迅速和不知疲倦地进行工作。

2.专家系统解决实际问题时不受周围环境的影响，也不可能遗漏忘记。

3.可以使专家的专长不受时间和空间的限制，以便推广珍贵和稀缺的专家知识与经验。

4.专家系统能促进各领域的发展，它使各领域专家的专业知识和经验得到总结和精炼，能够广泛有力地传播专家的知识、经验和能力。

5.专家系统能汇集和集成多领域专家的知识和经验以及他们协作解决重大问题的能力，它拥有更渊博的知识、更丰富的经验和更强的工作能力。

6.军事专家系统的水平是一个国家国防现代化和国防能力的重要标志之一。

智能控制技术(第2章-专家系统与专家控制系统)课件(2)


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。
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。
上世纪80年代初，人工智能中专家系统 的思想和方法开始被引入控制系统的研究和 工程应用中。
专家系统能处理定性的、启发式或不确 定的知识信息，经过各种推理来达到系统的 任务目标。专家系统为解决传统控制理论的 局限性提供了重要的启示，二者的结合导致 了专家控制这一方法。
2.1 概述
2.1.1、什么是专家系统
（2）专家系统处于离线工作方式，而 专家控制要求在线获取反馈信息，即 要求在线工作方式。
4. 分类 按专家控制在控制系统中的作用和功
能，可将专家控制器分为以下两种类型：
(1) 直接型专家控制器 直接专家控制器用于取代常规控制器，
直接控制生产过程或被控对象。具有模拟 （或延伸，扩展）操作工人智能的功能。该 控制器的任务和功能相对比较简单，但是需 要在线、实时控制。因此，其知识表达和知 识库也较简单，通常由几十条产生式规则构 成，以便于增删和修改。
间接型专家控制器可以在线或离线运 行。通常，优化型、适应型需要在线、 实时、联机运行。协调型、组织型可以 离线、非实时运行，作为相应的计算机 辅助系统。
间接型专家控制器的示意图如图所 示。
专家控制 器
控制算法
特征提取

智能控制题目及解答

智能控制题目及解答第一章绪论作业作业内容1．什么是智能、智能系统、智能控制？2．智能控制系统有哪几种类型，各自的特点是什么？3．比较智能控制与传统控制的特点。

4．把智能控制看作是AI(人工智能)、OR(运筹学)、AC(自动控制)和IT(信息论)的交集，其根据和内涵是什么?5．智能控制有哪些应用领域？试举出一个应用实例，并说明其工作原理和控制性能。

1 答：智能：能够自主的或者交互的执行通常与人类智能有关的智能行为，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、通信、设计、思考、规划、学习等一系列活动的能力，即像人类那样工作和思维。

智能系统：是指具有一定智能行为的系统，对于一定的输入，它能产生合适的问题求解相应。

智能控制：智能控制是控制理论、计算机科学、心理学、生物学和运筹学等多方面综合而成的交叉学科，它具有模仿人进行诸如规划、学习、逻辑推理和自适应的能力。

是将传统的控制理论与神经网络、模糊逻辑、人工智能和遗传算法等实现手段融合而成的一种新的控制方法。

2 答：（1）人作为控制器的控制系统：人作为控制器的控制系统具有自学习、自适应和自组织的功能。

（2）人-机结合作为作为控制器的控制系统：机器完成需要连续进行的并需快速计算的常规控制任务，人则完成任务分配、决策、监控等任务。

（3）无人参与的自组控制系统：为多层的智能控制系统，需要完成问题求解和规划、环境建模、传感器信息分析和低层的反馈控制任务。

3 答：在应用领域方面，传统控制着重解决不太复杂的过程控制和大系统的控制问题；而智能控制主要解决高度非线性、不确定性和复杂系统控制问题。

在理论方法上，传统控制理论通常采用定量方法进行处理，而智能控制系统大多采用符号加工的方法；传统控制通常捕获精确知识来满足控制指标，而智能控制通常是学习积累非精确知识；传统控制通常是用数学模型来描述系统，而智能控制系统则是通过经验、规则用符号来描述系统。

在性能指标方面，传统控制有着严格的性能指标要求，智能控制没有统一的性能指标，而主要关注其目的和行为是否达到。

专家控制系统研究进展

专家控制系统研究进展
刘建伟;徐兴元;庞京玉;邢静宇
【期刊名称】《微型机与应用》
【年(卷),期】2005(024)011
【摘要】回顾了专家控制的起源及其作为一门学科的定位.在阐述专家控制系统基本结构的基础上,介绍了专家控制系统的工作原理.对目前专家控制研究热点进行了总结,比较了各研究方向的优劣,并分别给出了近几年来在各领域成功应用的例子.最后对各研究方向存在的关键问题及难点进行了归纳,提出了对应的研究策略,为下一步的研究指出了基本方向.
【总页数】3页(P4-5,19)
【作者】刘建伟;徐兴元;庞京玉;邢静宇
【作者单位】广东工业大学,广东,广州,510090;郑州大学,河南,郑州,450001;广东工业大学,广东,广州,510090;广东工业大学,广东,广州,510090
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
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如果此时误差的绝对值较小，即 ek M 2 ，可考虑实施较弱的控制作用
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该控制器可分为以下五种情况进行设计： （1）当 ek M1 时，说明误差的绝对值已经很大。
不论误差变化趋势如何，都应考虑控制器的输出 使误差绝对值以最大速度减小。此时，它相当于
应按最大（或最小）输出，以达到迅速调整误差，
实施开环控制。
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（2）当
e(k )e(k ) 0 或 e(k ) 0 时，说明误差在朝
4.1.2专家系统的组成
专家系统的基本组成
问题描述
推 理 机
知识库
综合数据库
解 释 接 口
用
解答、建议 或解释
户
知识获取
领域专家
4
4.1.2专家系统的组成
•知识库 知识库是知识的存储器，用于存储领域专家的经验性 知识以及有关的事实、一般常识等。知识库中的知识 来源于知识获取机构，同时它又为推理机提供求解问 题所需的知识。
误差绝对值增大方向变化，或误差为某一常值， 未发生变化。
此时，如果 ek M 2，说明误差也较大，可
考虑由控制器实施较强的控制作用，以达到扭 转误差绝对值朝减小方向变化，并迅速减小误 差的绝对值，控制器输出为
uk uk 1 k1 kp ek ek 1 ki ek kd ek 2ek 1 ek 2
③ 协调型专家控制器：是基于协调控制专家和 调度工程师的知识和经验的总结和运用。用以 协调局部控制器或各子控制系统的运行，实现 大系统的全局稳定和优化。 ④ 组织型专家控制器：是基于控制工程的组织 管理专家或总设计师的知识和经验的总结和运 用。用以组织各种常规控制器，根据控制任务 的目标和要求，构成所需要的控制系统。
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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，
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4.1.2专家系统的组成
•知识获取
知识获取是指通过人工方法或机器学习的方法， 将某个领域内的事实性知识和领域专家所特有 的经验性知识转化为计算机程序的过程。 对知识库的修改和扩充也是在系统的调试和验 证中进行的，是一件很困难的工作。知识获取 被认为是专家系统中的一个“瓶颈”问题。
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4.1.3专家系统的知识表示
专家系统可以解决的问题一般包括解释、预测、 诊断、设计、规划、监视、修理、指导和控制 等。
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§ 4.1专家系统基础
4.1.1什么是专家系统
专家系统和传统的计算机“应用程序” 最本质的不同之处在于，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。
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4.1.4专家系统建立步骤
（1）知识库的设计
① 确定知识类型：叙述性知识，过程性知识， 控制性知识；
② 确定知识表达方法； ③ 知识库管理系统的设计：实现规则的保存、 编辑、删除、增加、搜索等功能。
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（2）推理机的设计 ① 选择推理方式；
② 选择推理算法：选择各种搜索算法，如深度优 先搜索、广度优先搜索、启发式优先搜索等。 （3）人─机接口的设计
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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。证据的类型是各异
的，常常带有噪声、延迟，也可能是不完整的， 甚至相互之间有冲突；
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假设──由事实和证据推导的中间结果，作为当
3. 与专家系统的区别 专家控制引入了专家系统的思想，但与专家 系统存在区别： （1）专家系统能完成专门领域的功能，辅助用 户决策；专家控制能进行独立的、实时的自动 决策。专家控制比专家系统对可靠性和抗干扰 性有着更高的要求。 （2）专家系统处于离线工作方式，而专家控制 要求在线获系统的“思维”机构，实际上是求解问 题的计算机软件系统。 推理机的运行可以有不同的控制策略。
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4.1.2专家系统的组成
•综合数据库（全局数据库）
又称为“黑板”或“数据库”。它是用于存放推理的 初始证据、中间结果以及最终结果等的工作存储器 （Working Memory）。 •解释接口 又称人-机界面，它把用户输人的信息转换成系统内规 范化的表示形式，然后交给相应模块去处理，把系统 输出的信息转换成用户易于理解的外部表示形式显示 给用户，回答用户提出的“为什么？”“结论是如何 得出的？”等问题。
知识表示就是知识的形式化，就是研究用机 器表示知识的可行的、有效的、通用的原则 和方法。 常用的知识表示方法为：产生式规则，框架， 语义网络，过程。其中产生式规则是专家系 统最流行的表达方法。由产生式规则表示的 专家系统又称为基于规则的系统或产生式系 统。
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产生式规则的表达方式为：
IF E THEN H WITH CF(E,H) 其中， E 表示规则的前提条件，即证据，它 可以是单独命题，也可以是复合命题； H 表 示规则的结论部分，即假设，也是命题；CF （Certainty Factor）为规则的强度，反映当 前提为真时，规则对结论的影响程度。
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4. 知识表示 专家控制将系统视为基于知识的系统，控制系 统的知识表示如下： （1）受控过程的知识 ① 先验知识：包括问题的类型及开环特性； ② 动态知识：包括中间状态及特性变化。 （2）控制、辨识、诊断知识 ① 定量知识：各种算法； ② 定性知识：各种经验、逻辑、直观判断。 按照专家系统知识库的结构，有关知识可以分 类组织，形成数据库和规则库，从而构成专家控 制系统的知识源。
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① 优化型专家控制器：是基于最优控制专家 的知识和经验的总结和运用。通过设置整定值、 优化控制参数或控制器，实现控制器的静态或 动态优化。 ② 适应型专家控制器：是基于自适应控制专 家的知识和经验的总结和运用。根据现场运行 状态和测试数据，相应地调整控制规律，校正 控制参数，修改整定值或控制器，适应生产过 程、对象特性或环境条件的漂移和变化。 24
① 设计“用户─专家系统接口”：用于咨询理解 和结论解释； ② 设计“专家─专家系统接口”：用于知识库扩 充及系统维护。
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§4.2专家控制
4.2.1概述 瑞典学者 K.J.Astrom 在 1983 年首先把人 工智能中的专家系统引入智能控制领域， 于 1986 年提出“专家控制”的概念，构成 一种智能控制方法。
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如果，ek M 2 说明尽管误差朝绝对值增大方 向变化，但误差绝对值本身并不很大，可考虑
控制器实施一般的控制作用，只要扭转误差的
变化趋势，使其朝误差绝对值减小方向变化， 控制器输出为
uk uk 1 kp ek ek 1 ki ek kd ek 2ek 1 ek 2
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直接型 专家控制器
知识库
信息获 取与处 理
推 理 机构
控制 规则 库
被控 对象
传感器
图 直接型专家控制器
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(2)间接型专家控制器 间接型专家控制器用于和常规控制器相结合， 组成对生产过程或被控对象进行间接控制的智能 控制系统。具有模拟（或延伸，扩展）控制工程 师智能的功能。该控制器能够实现优化适应、协 调、组织等高层决策的智能控制。按照高层决策 功能的性质，间接型专家控制器可分为以下几种 类型：
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5. 分类 按专家控制在控制系统中的作用和功能，可将 专家控制器分为以下两种类型： (1) 直接型专家控制器 直接专家控制器用于取代常规控制器，直接控 制生产过程或被控对象。具有模拟（或延伸，扩 展）操作工人智能的功能。该控制器的任务和功 能相对比较简单，但是需要在线、实时控制。因 此，其知识表达和知识库也较简单，通常由几十 条产生式规则构成，以便于增删和修改。 直接型专家控制器的示意图见图中的虚线所示。
图 典型二阶系统单位阶跃响应误差曲线
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令 ek 表示离散化的当前采样时刻的误差值， ek 2 和 ek 1 分别表示前一个和前两个采样时刻 的误差值，则有
ek 1 ek 1 ek 2 ek ek ek 1
30
根据误差及其变化，可设计专家 PID 控制器，
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（3）当 ek ek 0 、ek ek 1 0 或者 ek 0
时，说明误差的绝对值朝减小的方向变化，或 者已经达到平衡状态。此时，可考虑采取保持 控制器输出不变。 （4）当 ek ek 0 、ek ek 1 0 时，说明误差 处于极值状态。如果此时误差的绝对值较大， 即 ek M 2 ，可考虑实施较强的控制作用
§4.3专家PID控制
4.3.1专家PID控制原理 PID专家控制的实质是，基于受控对象和 控制规律的各种知识，无需知道被控对象的精 确模型，利用专家经验来设计 PID 参数。专家 PID控制是一种直接型专家控制器。
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典型的二阶系统单位阶跃响应误差曲线如 图所示。对于典型的二阶系统阶跃响应过程作 如下分析。
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。目标既可以是预定的，也可以是 根据外部命令或内部运行状况在线地动态建立的。 专家控制的规则库一般采用产生式规则表示： IF 控制局势（事实和数据） THEN 操作结论 由多条产生式规则构成规则库。