第一章 智能控制概论.ppt

课程总目录绪论计算机控制系统的数学描述常规数字控制器的设计方法高级数字控制器的分析与设计数据输入输出通道的接口技术计算机控制网络技术概论计算机控制系统设计与实现课程总目标学完本课程后，你应具有以下能力：熟悉计算机控制系统的组成原则了解计算机控制系统结构掌握计算机控制系统设计的方法把握计算机控制系统的发展方向灵活应用计算机控制技术解决一些实际应用问题课程安排共48个学时48个学时理论教学40学时理论教学40学时实验8实验8学时教学书目教材:计算机控制技术及应用王平等编著机械工业出版社2010年教学参考书:1. 《先进控制理论与方法导论》，章卫国主编，西北工业大学出版社，00年2.《数字和模拟集成电路电子学》，〔美〕理查得J.希金斯著，机械工业出版社，87年3. 《智能控制技术》易继锴等编著，北京工业大学出版社，99年4.期刊－－“工业控制计算机”、“测控技术”、“计算机自动测量与第一章计算机控制系统概述计算机控制系统是自动控制理论、自动化技术与计算机技术紧密结合的产物。

计算机为现代控制理论的应用提供了有力的工具。

同时，计算机控制系统应用于工业控制领域提出来系列理论与工程上的问题又进步推动了出来一系列理论与工程上的问题，又进一步推动了控制理论和计算机技术的发展。

计算机技术在控制领域中的应用，还有力地推动了自动控制技术的发展，大大扩展了控制技术在工业生产中的应用范围，特别是使复杂的、大规模的自动化系统与过程发展到了一个崭新的阶段。

1．1 自动化技术与信息技术的关系信息链当前，科技界较普遍认为，信息技术由四大部分组成，即信息获取、信息传输、信息处理与信息应用或信息利用。

这四部分实际上组成了个完整的信息链如图所示这四部分实际上组成了一个完整的信息链，如图1-1所示。

信息获取信息传输信息处理信息应用图1-1 信息技术的四个组成部分及其信息链我们知道，一个基本的自动化系统至少包含信息获取、处理与应用三部分（如图1-2所示），而一个应用计算机网络或通信网络的自动化系统包含信息获取、传输、处理与应用的全部。

.稳定性：是保证控制系统正常工作的先决条件。
1-4 对自动控制系统系统的要求
稳定性
系统在受到扰动作用后自动返回原来的平衡状态的能力。如 果系统受到扰动作用（系统内或系统外）后，能自动返回到原 来的平衡状态，则该系统是稳定的。稳定系统的数学特征是其 输出量具有非发散性；反之，系统是不稳定系统。
df
b
•闭环控制系统的方框图
扰动
给定 r(t)
e(t) 控制
放大 u(t) 执行
受控
参考 输入信号
(-)偏信差号
环节
元件
调节器(或控制器)
控制量
机构
对象
受控系统
反馈信号
反馈装置 (测量元件)
c(t)
被控量
•方框图的组成：
输入量 环节名称 输出量 （或特性）
(a)
r
e=r-b
(-)
b
(b)
c 引出点 c c
(c)
扰动
给定 ug
ue 放大器
触发器
晶阐管可 udo 电动机
n
装置
(-)
控制装置
控整流器
受控对象
ut
转速反
馈装置
(b) 方框图
五、复合控制
它是把按偏差控制与按扰动控制结合起来，对于主
要扰动采用适当的补偿装置实现按扰动控制，同时再组
成反馈控制系统实现按偏差控制，以消除其余扰动产生
的偏差。
按扰动 补偿
状态 空间法
比较繁琐 （但由于计 算机技术的 迅速发展，已
克服)
人工控制和自动控制
油汀暖气片的温度控制
TC
冷
减
TT
温
水
器
温度

1.
2.
开环控制
闭环控制
3.
复合控制
炉温控制系统方框图
炉温控制系统方框图
方框图中各符号的意义
元部件 方框（块）图 信号（物理量）及传递方向
中的符号
比较点
引出点
表示负反馈
课程小结
（第 1 讲）
第一章 概 论
§1.1 自动控制系统的一般概念
§1.2 自动控制系统举例
自动控制理论发展简史 自动控制的概念及定义 基本控制方式 控制系统举例 — 炉温控制系统 由工作原理图绘制系统方框图
控制系统举例 — 函数记录仪 由工作原理图绘制系统方框图 负反馈控制原理
控制系统的组成
控制工程导论
本次课程作业（2）
1 — 3，4
自动控制理论发展简史
• 经典控制理论
( 19世纪初 ) 时域法 复域法 (根轨迹法) 频域法
( 20世纪60年代 ) 线性系统 最优控制 最佳估计 系统辨识 ( 20世纪70年代 ) 专家系统 模糊控制 神经网络 遗传算法
• 近代控制理论
自适应控制 鲁棒控制 容错控制 集散控制 大系统复杂系统
• 智能控制理论
控制系统举例 — 炉温控制系统
由工作原理图绘制系统方框图
控制工程导论
（第 2 讲）
第一章 概 论
§1.1
§1.2 §1.3 §1.4 §1.5
自动控制系统的一般概念
自动控制系统举例 自动控制系统的分类 对自动控制系统的一般要求 本课程的任务
例 2 函数记录仪
函数记录仪方框图
负反馈原理
将系统的输出信号引回输入端，与输 入信号相比较，利用所得的偏差信号进行 控制，达到减小偏差、消除偏差的目的。

1.3.4 混合式架构
Gat提出的混合式三层体系结构，分别是：反应式的反馈 控制层，反应式的规划―执行层和规划层。混合式架构在较 高级的决策层面采用程控架构，以获得较好的目的性和效率； 在较低级的反应层面采用包容式架构，以获得较好的环境适 应能力、鲁棒性98年，Piaggio提出一种称为混合智能机器人专家（HEIR） 的非层次的分布式结构。分布式结构由符号组件(S)、图解组 件(D)和反应组件(R) 三部分组成，如图所示。
1.3.1 程控架构
程控架构，又称规划式架构。它根据给定初始状态和目标 状态给出一个行为动作的序列，按部就班地执行。程序序列 中可采用“条件判断 + 跳转”的方法，根据传感器的反馈情 况对控制策略进行调整。
集中式程控架构的优点：系统结构简单明了，所有逻辑决 策和计算均在集中式的控制器中完成。这种架构清晰，显然 控制器是大脑，其他的部分不需要有处理能力。设计者在机 器人工作前预先设计好最优策略让机器人开始工作，工作过 程中只需要处理一些可以预料到的异常事件。 缺点：对于设计一个在房间里漫游的移动机器人时，若其 房间的大小未知，无法准确地得到机器人在房间中的相对位 置的情况下，程控式控制架构就很难适应了。
1.3.3 包容式架构
包容式架构，又称为基于行为、基于情境的结构，是一种 典型的反应式结构。 1986年，美国麻省理工学院的 R.Brooks 以移动机器人为背景提出了这种依据行为来划分层次和构造 模块的反应式结构。Brooks认为机器人行为的复杂性反映了 其所处环境的复杂性，而非机器人内部结构的复杂性。
1. 分层递阶结构的信息流程 信息流程是从低层传感器开始，经过内外状态的形势评估、 归纳，逐层向上，且在高层进行总体决策；高层接受总体任 务，根据信息系统提供的信息进行规划，确定总体策略，形 成宏观命令，再经协调级的规划设计，形成若干子命令和工 作序列，分配给各个执行器加以执行，如图所示。