智能化控制系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用

引言：智能控制是具有智能信息處理、智能信息反饋和智能控制決策的控制方式，是控制理論發(fā)展的高級(jí)階段，主要用來解決那些用傳統(tǒng)方法難以解決的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題。智能控制研究對(duì)象的主要特點(diǎn)是具有不確定性的數(shù)學(xué)模型、高度的非線性和復(fù)雜的任務(wù)要求。

       智能控制是由智能機(jī)器自主地實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的過程。而智能機(jī)器則定義為，在結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化的，熟悉的或陌生的環(huán)境中，自主地或與人交互地執(zhí)行人類規(guī)定的任務(wù)的一種機(jī)器。 K.J.奧斯托羅姆則認(rèn)為，把人類具有的直覺推理和試湊法等智能加以形式化或機(jī)器模擬，并用于控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)中，使之在一定程度上實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的智能化，這就是智能控制。他還認(rèn)為自調(diào)節(jié)控制，自適應(yīng)控制就是智能控制的低級(jí)體現(xiàn)。智能控制是一類無需人的干預(yù)就能夠自主地驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的自動(dòng)控制，也是用計(jì)算機(jī)模擬人類智能的一個(gè)重要領(lǐng)域。智能控制實(shí)際只是研究與模擬人類智能活動(dòng)及其控制與信息傳遞過程的規(guī)律，研制具有仿人智能的工程控制與信息處理系統(tǒng)的一個(gè)新興分支學(xué)科。

       智能化控制系統(tǒng)的發(fā)展

       智能控制的思想出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代。當(dāng)時(shí)，學(xué)習(xí)控制的研究十分活躍，并獲得較好的應(yīng)用。如自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)方法被開發(fā)出來，用于解決控制系統(tǒng)的隨機(jī)特性問題和模型未知問題；1967年，美國萊昂德斯(C．T．Leondes)等人首次正式使用“智能控制”一詞。1971年，傅京孫論述了AI與自動(dòng)控制的交叉關(guān)系。自此，自動(dòng)控制與AI開始碰撞出火花，一個(gè)新興的交叉領(lǐng)域——智能控制得到建立和發(fā)展。早期的智能控制系統(tǒng)采用比較初級(jí)的智能方法，如模式識(shí)別和學(xué)習(xí)方法等，而且發(fā)展速度十分緩慢。

       扎德于1965年發(fā)表了**論文“Fuzzy Sets”，開辟了以表征人的感知和語言表達(dá)的模糊性這一普遍存在不確定性的模糊邏輯為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)新領(lǐng)域——模糊數(shù)學(xué)。1975年，英國馬丹尼(E．H．Mamdani)成功地將模糊邏輯與模糊關(guān)系應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)，提出了能處理模糊不確定性、模擬人的操作經(jīng)驗(yàn)規(guī)則的模糊控制方法。

       20世紀(jì)80年代，基于AI的規(guī)則表示與推理技術(shù)(尤其是專家系統(tǒng))基于規(guī)則的專家控制系統(tǒng)得到迅速發(fā)展，如瑞典奧斯特隆姆(K．J．Astrom)的專家控制，美國薩里迪斯(G．M．Saridis)的機(jī)器人控制中的專家控制等。隨著20世紀(jì)80年代中期人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究的再度興起，控制領(lǐng)域研究者們提出并迅速發(fā)展了充分利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)良好的非線性逼近特性、自學(xué)習(xí)特性和容錯(cuò)特性的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法。

隨著研究的展開和深入，形成智能控制新學(xué)科的條件逐漸成熟。1985年8月，IEEE在美國紐約召開了**屆智能控制學(xué)術(shù)討論會(huì)，討論了智能控制原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。由此，智能控制作為一門新興學(xué)科得到廣泛認(rèn)同，并取得迅速發(fā)展。

       近十幾年來．隨著智能控制方法和技術(shù)的發(fā)展，智能控制迅速走向各種專業(yè)領(lǐng)域，應(yīng)用于各類復(fù)雜被控對(duì)象的控制問題，如工業(yè)過程控制系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)、現(xiàn)代生產(chǎn)制造系統(tǒng)、交通控制系統(tǒng)等。

       智能化控制系統(tǒng)的應(yīng)用

       智能控制的具體應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

       1)生產(chǎn)過程中的智能控制

       生產(chǎn)過程中的智能控制主要包括局部級(jí)智能控制和全局級(jí)智能控制。

局部級(jí)智能控制是指將智能引入工藝過程中的某一單元進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)。研究熱點(diǎn)是智能PID控制器，因?yàn)槠湓趨?shù)的整定和在線自適應(yīng)調(diào)整方面具有明顯的優(yōu)勢，且可用于控制一些非線性的復(fù)雜對(duì)象。全局級(jí)的智能控制主要針對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化，包括整個(gè)操作工藝的控制、過程的故障診斷、規(guī)劃過程操作處理異常等。

       2)先進(jìn)制造系統(tǒng)中的智能控制

       智能控制被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造行業(yè)。在現(xiàn)代先進(jìn)制造系統(tǒng)中，需要依賴那些不夠完備和不夠精確的數(shù)據(jù)來解決難以或無法預(yù)測的情況，人工智能技術(shù)為解決這一難題提供了一些有效的解決方案。

       (1)利用模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法對(duì)制造過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)環(huán)境建模，利用傳感器融合技術(shù)來進(jìn)行信息的預(yù)處理和綜合。

       (2)采用專家系統(tǒng)為反饋機(jī)構(gòu)，修改控制機(jī)構(gòu)或者選擇較好的控制模式和參數(shù)。

       (3)利用模糊集合決策選取機(jī)構(gòu)來選擇控制動(dòng)作。

       (4)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)功能和并行處理信息的能力，進(jìn)行在線的模式識(shí)別，處理那些可能是殘缺不全的信息。

       3)電力系統(tǒng)中的智能控制

       電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)等電機(jī)電器設(shè)備的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)行、控制是一個(gè)復(fù)雜的過程，國內(nèi)外的電氣工作者將人工智能技術(shù)引入到電氣設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)、故障診斷及控制中，取得了良好的控制效果。

       (1)用遺傳算法對(duì)電器設(shè)備的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，可以降低成本，縮短計(jì)算時(shí)間，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。

       (2)應(yīng)用于電氣設(shè)備故障診斷的智能控制技術(shù)有模糊邏輯、專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

       (3)智能控制在電流控制PWM技術(shù)中的應(yīng)用是具有代表性的技術(shù)應(yīng)用方向之一，也是研究的新熱點(diǎn)之一。

       近年來，智能控制技術(shù)在國內(nèi)外已有了較大的發(fā)展，已進(jìn)入工程化、實(shí)用化的階段。作為一門新興的理論技術(shù)，它還處在一個(gè)發(fā)展時(shí)期。隨著人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，智能控制必將迎來它的發(fā)展新時(shí)期。