智能控制理論及應(yīng)用

前言

智能控制是自動(dòng)控制發(fā)展的高級(jí)階段，是人工智能、控制論、系統(tǒng)論、信息論、仿生學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、進(jìn)化計(jì)算和計(jì)算機(jī)等多種學(xué)科的高度綜合與集成，是一門(mén)新興的邊緣交叉學(xué)科。智能控制是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化學(xué)科中一個(gè)十分活躍和具有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域，代表著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的最新方向之一。而且智能控制目前尚未建立起一套完整的。理論體系，是一門(mén)仍在不斷發(fā)展和豐富中的具有眾多學(xué)科集成特點(diǎn)的科學(xué)和技術(shù)。它不僅包含了自動(dòng)控制、人工智能、運(yùn)籌學(xué)和信息論的內(nèi)容，而且還從計(jì)算機(jī)科學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科中汲取豐富的營(yíng)養(yǎng)，正在成為自動(dòng)化領(lǐng)域中最興旺和發(fā)展最迅速的一個(gè)分支學(xué)科，并被許多發(fā)達(dá)國(guó)家確認(rèn)為提高國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的核心技術(shù)。隨著智能控制理論和技術(shù)的迅速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，并在工業(yè)生產(chǎn)、航空航天、生物醫(yī)學(xué)、模式識(shí)別、能源工業(yè)、環(huán)境保護(hù)和國(guó)防軍事等眾多領(lǐng)域得到成功應(yīng)用，智能控制受到控制領(lǐng)域?qū)＜液凸こ碳夹g(shù)人員越來(lái)越多的重視，培養(yǎng)大批能熟練掌握和應(yīng)用智能控制的控制工程師的需求也越來(lái)越迫切。而且智能控制中眾多學(xué)科的交叉和融合，開(kāi)放式的研究空間也為學(xué)生視野的開(kāi)闊和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了一個(gè)很好的背景和平臺(tái)。因此，近些年國(guó)內(nèi)、外許多學(xué)校的控制專(zhuān)業(yè)和電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)陸續(xù)開(kāi)設(shè)了智能控制這門(mén)課，并且從理論教學(xué)到實(shí)踐教學(xué)方面都給予了足夠的重視。本書(shū)在參考國(guó)內(nèi)、外智能控制方面的重要文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合近幾年我們國(guó)家級(jí)精品課程“智能控制基礎(chǔ)”的建設(shè)，對(duì)其主要內(nèi)容進(jìn)行整理和總結(jié)，同時(shí)也有部分內(nèi)容是筆者研究工作的總結(jié)，如基于ANFIS多模型的故障診斷、基于GABP的冠心病早期診斷和基于T—S模型的遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。本書(shū)的部分內(nèi)容在鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院本科生和研究生的“智能控制基礎(chǔ)”課程中講授過(guò)三遍，在國(guó)家級(jí)精品課程“智能控制基礎(chǔ)”的建設(shè)中起了重要作用。本書(shū)的具體內(nèi)容安排如下：第1章是緒論。簡(jiǎn)要介紹智能控制的發(fā)展歷史、基本概念、特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)理論、主要類(lèi)型，闡述了智能控制與傳統(tǒng)控制之間的關(guān)系和應(yīng)用前景。

內(nèi)容概要

本書(shū)系統(tǒng)地介紹了智能控制的基本概念、理論和主要方法，包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專(zhuān)家控制系統(tǒng)、免疫控制、仿人智能控制、遺傳算法、蟻群算法、基于DNA的軟計(jì)算等。智能控制是自動(dòng)控制發(fā)展的高級(jí)階段，是人工智能、控制論、系統(tǒng)論、信息論、仿生學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、進(jìn)化計(jì)算和計(jì)算機(jī)等多種學(xué)科的高度綜合與集成，是一門(mén)新興的邊緣交叉學(xué)科。本書(shū)較多地介紹了這些方法的融合和集成，如模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊專(zhuān)家系統(tǒng)、神經(jīng)專(zhuān)家系統(tǒng)、遺傳?模糊控制和遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，并分析了混沌現(xiàn)象及特點(diǎn)，討論了混沌控制。本書(shū)內(nèi)容豐富，理論聯(lián)系實(shí)際，并配有大量的MATLAB仿真例題和實(shí)際應(yīng)用例子。    本書(shū)適合高等院校作為自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)、電氣及信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科生和研究生的教材，也可供有關(guān)教師和工程技術(shù)人員參考。

書(shū)籍目錄

第1章 緒論  1.1 智能控制的發(fā)展歷史  1.2 智能控制的定義和特點(diǎn)    1.2.1 智能控制的定義    1.2.2 智能控制的特點(diǎn)  1.3 智能控制的結(jié)構(gòu)理論    1.3.1 二元結(jié)構(gòu)論    1.3.2 三元結(jié)構(gòu)論    1.3.3 四元結(jié)構(gòu)論    1.3.4 多元結(jié)構(gòu)或者樹(shù)形結(jié)構(gòu)  1.4 智能控制與傳統(tǒng)控制的關(guān)系  1.5 智能控制的研究對(duì)象  1.6 智能控制的類(lèi)型    1.6.1 分級(jí)遞階控制系統(tǒng)    1.6.2 專(zhuān)家控制系統(tǒng)    1.6.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)    1.6.4 模糊控制系統(tǒng)    1.6.5 遺傳算法與控制理論相結(jié)合    1.6.6 免疫算法控制    1.6.7 仿人智能控制    1.6.8 學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)    1.6.9 混沌控制  1.7 智能控制的應(yīng)用    1.7.1 智能控制在機(jī)器人技術(shù)中的應(yīng)用    1.7.2 智能控制在機(jī)械制造中的應(yīng)用    1.7.3 智能控制在電力電子學(xué)研究領(lǐng)域中的應(yīng)用    1.7.4 智能控制在工業(yè)過(guò)程中的應(yīng)用    1.7.5 智能控制在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用    1.7.6 智能控制在廣義控制領(lǐng)域中的應(yīng)用  1.8 本章小結(jié)  參考文獻(xiàn)第2章 模糊控制  2.1 模糊控制概述    2.1.1 模糊控制器設(shè)計(jì)步驟    2.1.2 性能評(píng)價(jià)    2.1.3 應(yīng)用領(lǐng)域  2.2 模糊控制的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)    2.2.1 語(yǔ)言變量、語(yǔ)言值和規(guī)則    2.2.2 模糊集合、模糊規(guī)則和模糊推理    2.2.3 解模糊  2.3 一個(gè)示范例子的介紹    2.3.1 模糊控制器的輸入和輸出的選擇    2.3.2 把控制知識(shí)融入規(guī)則中    2.3.3 知識(shí)的模糊量化    2.3.4 匹配： 決定用哪一條規(guī)則    2.3.5 結(jié)論步驟： 確定結(jié)論    2.3.6 把結(jié)論轉(zhuǎn)換成控制作用    2.3.7 模糊決策的圖形描述  2.4 Takagi?Sugeno模糊系統(tǒng)    2.4.1 Takagi?Sugeno模糊系統(tǒng)    2.4.2 模糊系統(tǒng)是通用近似器    2.4.3 廣義T?S模糊模型  2.5 基于MATLAB的智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真    2.5.1 模糊邏輯工具箱    2.5.2 基于MATLAB的模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真  2.6 模糊系統(tǒng)的非線(xiàn)性分析    2.6.1 模糊控制器的參數(shù)化    2.6.2 李雅普諾夫穩(wěn)定性分析    2.6.3 絕對(duì)穩(wěn)定性和圓判據(jù)    2.6.4 穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差的分析    2.6.5 描述函數(shù)分析方法    2.6.6 滑模變結(jié)構(gòu)方法    2.6.7 小增益理論    2.6.8 相平面分析法  2.7 熱處理系統(tǒng)的溫度模糊控制  2.8 本章小結(jié)  習(xí)題  參考文獻(xiàn)第3章 模糊建模和模糊辨識(shí)第4章 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制第5章 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)第6章 專(zhuān)家系統(tǒng)第7章 遺傳算法第8章 蟻群算法第9章 DNA計(jì)算與基于DNA的軟計(jì)算第10章 其他智能控制

章節(jié)摘錄

插圖：第2章 模糊控制2.1 模糊控制概述2.1.1 模糊控制器設(shè)計(jì)步驟模糊控制器設(shè)計(jì)基本上可歸納為以下三步：選擇模糊控制器的輸入和輸出；選擇用于控制器輸入的前處理和控制器輸出的后處理算法；設(shè)計(jì)如圖2-1所示的模糊控制器的每一部分。由于模糊化和解模糊都有標(biāo)準(zhǔn)的方法可以選擇，設(shè)計(jì)者更多要關(guān)注的是推理機(jī)的問(wèn)題，因此把模糊控制器設(shè)計(jì)的重點(diǎn)放在規(guī)則庫(kù)上。規(guī)則庫(kù)的作用如同在回路中嵌入了一個(gè)人類(lèi)專(zhuān)家。因此，嵌入到規(guī)則庫(kù)的規(guī)則信息要來(lái)自一個(gè)具有長(zhǎng)期實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)并且知道如何最好控制系統(tǒng)的人類(lèi)專(zhuān)家。在有些情況下，可能沒(méi)有這樣的人類(lèi)專(zhuān)家，那么控制工程師就要先簡(jiǎn)單了解對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性（可能要用建模和模擬的方法），然后根據(jù)對(duì)象的特性，依據(jù)傳統(tǒng)控制理論的知識(shí)，寫(xiě)出一套有意義的控制規(guī)則。例如，在一個(gè)汽車(chē)控制系統(tǒng)中，很顯然任何有駕車(chē)經(jīng)驗(yàn)的人，都可以把速度調(diào)在期望的設(shè)定值上，并把此信息嵌入規(guī)則庫(kù)。駕駛員可能用到“如果速度低于設(shè)定值，那么進(jìn)一步加大油門(mén)踏板”的規(guī)則。還可以用另一條規(guī)則，即“如果速度低于設(shè)定值且很快就要接近設(shè)定值，那么就稍微松開(kāi)一點(diǎn)油門(mén)踏板”表示調(diào)節(jié)速度的更詳細(xì)信息。第二條規(guī)則表達(dá)了人類(lèi)如何防止速度超過(guò)期望目標(biāo)（設(shè)定速度）的知識(shí)?？傊?，如果把很詳細(xì)的經(jīng)驗(yàn)嵌入到規(guī)則庫(kù)中，就獲得了取得更好性能的機(jī)會(huì)。2.1.2 性能評(píng)價(jià)模糊控制器是非線(xiàn)性控制器，許多傳統(tǒng)的建模、分析和設(shè)計(jì)方法可以直接采用，傳統(tǒng)控制的性能評(píng)價(jià)方法也適用于智能控制。因?yàn)槟：刂剖潜容^新的控制技術(shù)，確定其相對(duì)傳統(tǒng)控制方法的知識(shí)就相對(duì)重要了。不過(guò)，從國(guó)內(nèi)外資料和文獻(xiàn)來(lái)看，很少人完成了傳統(tǒng)控制器和智能控制（包含大量的傳統(tǒng)控制方法，如線(xiàn)性、非線(xiàn)性、自適應(yīng)控制等；模糊控制方法，包括直接、自適應(yīng)和監(jiān)督控制等）之間的詳細(xì)比較分析，包括理論上的模擬、實(shí)驗(yàn)分析和計(jì)算等。

編輯推薦

《智能控制理論及應(yīng)用》為國(guó)家精品課程教材之一。

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