智能控制

前言

智能控制是基于人類對(duì)智能的認(rèn)識(shí)所發(fā)展起來的人工智能理論，其研究重點(diǎn)在于處理被控系統(tǒng)的復(fù)雜性，是具有智能行為和特征的新型控制方法。它是在人工智能和自動(dòng)控制等多學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的交叉學(xué)科。自20世紀(jì)60年代末提出智能控制這一新名詞與新思維以來，智能控制一直是當(dāng)代自動(dòng)控制學(xué)科中一個(gè)十分活躍并具有挑戰(zhàn)性的前沿領(lǐng)域。智能控制這一新思維，使得人們?cè)谔幚砭哂蟹蔷€性、信息不完整、解析模型難以建模等復(fù)雜性的被控系統(tǒng)的控制問題上，有了更深層次的認(rèn)識(shí)，產(chǎn)生了更有效、更有針對(duì)性的控制方法。50年來，在智能控制領(lǐng)域孕育了以專家控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制為代表的新型控制方法，極大地發(fā)展了自動(dòng)控制學(xué)科。20世紀(jì)90年代，智能控制作為一門獨(dú)立課程進(jìn)入本科生和研究生的課堂，它是自動(dòng)化專業(yè)及與其相關(guān)的電氣工程類、測(cè)控類和機(jī)械工程類專業(yè)深受歡迎的課程。學(xué)習(xí)本課程的目的是使學(xué)生能獲得基本的人工智能理論和智能控制知識(shí)，掌握智能控制系統(tǒng)的分析和控制方法，并為進(jìn)一步學(xué)習(xí)深造和實(shí)際運(yùn)用打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。全書包含專家控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和群智能計(jì)算與控制等四種智能控制方法及相應(yīng)的智能理論基礎(chǔ)知識(shí)，重在介紹各種智能控制方法的思想、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方法。智能控制正處于發(fā)展中，且遠(yuǎn)未成熟；其涉及的概念與方法既廣且多，又缺乏一個(gè)統(tǒng)一的基礎(chǔ)理論、統(tǒng)一的分析和設(shè)計(jì)平臺(tái)，這都給講授和學(xué)習(xí)帶來許多困擾。此外，智能控制的誕生和發(fā)展又緊密結(jié)合于工程應(yīng)用，有非常廣泛的實(shí)際背景。教學(xué)中既要講清各種新概念、新方法，建立智能控制的獨(dú)特、新穎的思維方式，又要在理論方法與工程設(shè)計(jì)及應(yīng)用中架橋鋪路，這給智能控制課程的教學(xué)帶來極大困難與挑戰(zhàn)。本書編著者多年從事智能控制領(lǐng)域的科研和教學(xué)工作，在教材內(nèi)容和教學(xué)方法上都曾花費(fèi)大量心血，這為編著好這本教材打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。在華中科技大學(xué)出版社與有關(guān)高校相關(guān)院系的組織與協(xié)調(diào)下，我們來自五所高校長(zhǎng)期擔(dān)任智能控制課程教學(xué)的老師組成了本書的編委會(huì)。大家集思廣益，深入細(xì)致地討論了本書的編寫大綱，然后分工負(fù)責(zé)各章的編寫工作。其中，武漢科技大學(xué)趙明旺負(fù)責(zé)編寫第1、2和6章；中國(guó)地質(zhì)大學(xué)賀良華負(fù)責(zé)編寫第3章；鄭州大學(xué)陳樹偉負(fù)責(zé)編寫第4章；鄭州大學(xué)王杰負(fù)責(zé)編寫第5、9章，海軍工程大學(xué)宋立忠負(fù)責(zé)編寫第7章，江蘇科技大學(xué)高尚負(fù)責(zé)編寫第8章；全書由趙明旺和王杰負(fù)責(zé)修改與統(tǒng)稿。天津理工大學(xué)高強(qiáng)參與制訂編寫大綱，并提出了富有建設(shè)性的建議，在此致以衷心謝意！

內(nèi)容概要

本書介紹智能控制及相關(guān)的人工智能理論基礎(chǔ)知識(shí)。全書共分9章。第1章概述智能控制的發(fā)展、人工智能理論和智能控制的概念及主要內(nèi)容。第2章介紹人工智能的基礎(chǔ)知識(shí)，包括知識(shí)表示、問題求解等，并引入人工智能方法表示和求解控制問題。第3章簡(jiǎn)述專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)，深入介紹專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法。第4章和第5章分別介紹模糊數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和模糊控制，著重討論多維模糊控制方法。第6章和第7章分別介紹神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，深入討論神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)的機(jī)理，以及各種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)。第8章介紹包括遺傳算法、蟻群算法、粒子群算法和人工免疫算法的群智能算法及其在系統(tǒng)辨識(shí)、PID控制器參數(shù)整定等問題中的應(yīng)用。第9章介紹混合智能控制系統(tǒng)，包括混合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、混合的方法及應(yīng)用。    本書可作為自動(dòng)化專業(yè)及其相關(guān)的電氣工程類、測(cè)控類和機(jī)械工程類專業(yè)的本科生及研究生教材，也可供從事控制理論與控制工程研究、設(shè)計(jì)和應(yīng)用的科技工作者參考使用。

書籍目錄

1  緒論  1.1  自動(dòng)控制的機(jī)遇與挑戰(zhàn)  1.2  智能及智能理論  1.3  智能控制的發(fā)展  1.4  智能控制方法與應(yīng)用  1.5  本書的主要內(nèi)容  本章小結(jié)  思考題與習(xí)題2  人工智能基礎(chǔ)  2.1  知識(shí)表示方法  2.2  圖搜索  2.3  消解原理  本章小結(jié)  思考題與習(xí)題3  專家控制系統(tǒng)  3.1  專家系統(tǒng)  3.2  專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理  3.3  專家控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)  本章小結(jié)  思考題與習(xí)題4  模糊集合與模糊推理  4.1  模糊集合及其基本運(yùn)算  4.2  模糊關(guān)系  4.3  模糊推理  4.4  模糊化與解模糊化  本章小結(jié)  思考題與習(xí)題5  模糊控制系統(tǒng)  5.1  概述  5.2  直接模糊控制系統(tǒng)  5.3  監(jiān)督模糊控制系統(tǒng)  本章小結(jié)  思考題與習(xí)題6  神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)論  6.1  生物原型研究  6.2  ANN模型  6.3  前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)  6.4  Hopfield網(wǎng)絡(luò)  6.5  支持向量機(jī)網(wǎng)絡(luò)  本章小結(jié)  思考題與習(xí)題7  神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)  7.1  概述  7.2  控制系統(tǒng)模型辨識(shí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法  7.3  直接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)  7.4  混合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)  本章小結(jié)  思考題與習(xí)題8  群智能計(jì)算與控制  8.1  群智能算法概述  8.2  遺傳算法與智能控制  8.3  蟻群算法與智能控制  8.4  粒子群算法與智能控制  8.5  人工免疫系統(tǒng)與智能控制  本章小結(jié)  思考題與習(xí)題9  混合智能控制系統(tǒng)  9.1  混合智能控制系統(tǒng)概述  9.2  模糊系統(tǒng)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的融合  9.3  專家模糊控制系統(tǒng)  9.4  其他類型的混合智能控制系統(tǒng)  本章小結(jié)  思考題與習(xí)題附錄  附錄A  符號(hào)表  附錄B  中英文專業(yè)名詞對(duì)照表參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1.語(yǔ)法和語(yǔ)義邏輯語(yǔ)言是一種形式語(yǔ)言，其根本目的在于把數(shù)學(xué)中的邏輯論證符號(hào)化。如果能夠采用數(shù)學(xué)演繹的方式證明某邏輯語(yǔ)句是從那些已知正確的邏輯語(yǔ)句導(dǎo)出的，就能夠斷定該邏輯語(yǔ)句也是正確的。邏輯語(yǔ)言有命題邏輯和謂詞邏輯兩種。雖然命題邏輯能夠把客觀世界的各種事實(shí)表示為邏輯命題，但具有較大的局限性，即它不適合于表示比較復(fù)雜的事情。謂詞邏輯具有概括的能力，可以代表變化的情況，并且可以在不同的知識(shí)之間建立聯(lián)系。因此，謂詞邏輯能夠比命題邏輯更加細(xì)致地描述知識(shí)，表達(dá)能力更強(qiáng)，可以表達(dá)那些無法用命題邏輯表達(dá)的事情。謂詞是命題的擴(kuò)充，命題是謂詞的特殊形式。一階謂詞邏輯是謂詞邏輯中最直觀的一種邏輯。它以謂詞形式來表示動(dòng)作的主題、客體。謂詞邏輯公式由若干謂詞符號(hào)和個(gè)體詞（項(xiàng)）組成。個(gè)體詞用來描述獨(dú)立存在的客體，謂詞用來描述客體的性質(zhì)或客體之間的關(guān)系。謂詞符號(hào)一般為描述對(duì)象間的關(guān)系、動(dòng)作的詞。個(gè)體詞可以是表示具體或特定的人、物體、實(shí)體或概念的個(gè)體常量，也可以是表示抽象或泛指的個(gè)體變量，或表示特定關(guān)系類的個(gè)體函數(shù)。一階謂詞邏輯的基本組成部分就是描述謂詞的謂詞符號(hào)和描述個(gè)體詞的常量符號(hào)、變量符號(hào)和函數(shù)符號(hào)，并用括號(hào)和逗號(hào)隔開，以表示論域內(nèi)的關(guān)系。對(duì)于一階謂詞邏輯，個(gè)體詞不可為謂詞。

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