智能控制技術及其應用

智能控制技術及其應用主講:張明路教授、博士生導師2002.11.10控制的發(fā)展經典控制：奠基人：H.Nyquist，1932年由反饋放大器發(fā)展而來，60年代末，已經成熟。主要研究：適用于SISO常系數線性系統(tǒng)。模型：傳遞函數。主要貢獻：PID調節(jié)器手動控制經典控制現代控制智能控制控制的發(fā)展

現代控制：奠基人：Belman（動態(tài)規(guī)劃）,Kalman（Kalman濾波、估計理論），80年代形成系統(tǒng)的現代控制理論體系。主要研究：適用于MIMO線性系統(tǒng)。模型：狀態(tài)空間描述。主要貢獻：最優(yōu)控制、系統(tǒng)辨識、最優(yōu)估計、自適應控制控制的發(fā)展大腦眼等器官控制對象手傳感器控制對象執(zhí)行機構控制器智能控制的主要特點及發(fā)展過程傳統(tǒng)控制：定義：經典控制與現代控制的統(tǒng)稱。特點：Model-basedcontrol.智能控制：問題的提出：

*模型的不確定性*高度的非線性*控制的復雜性智能控制的主要特點及發(fā)展過程智能控制：主要貢獻者：

*K.S.Fu:人機共棲的智能控制系統(tǒng)

Free-Person自主控制系統(tǒng)*Saridis:分層遞階智能控制系統(tǒng)（右圖）：*K.J.Astrom:將專家系統(tǒng)引入智能控制系統(tǒng)。組織級協調級執(zhí)行級對象識別智能控制的主要特點及發(fā)展過程智能控制：定義：*

感性定義：模擬人的邏輯（抽象）、直覺（形象）、頓悟（靈感）思維。*過程定義：從控制的三要素出發(fā)，具有智能信息處理、智能反饋、智能決策的控制方式。智能信息處理？智能反饋？智能決策？智能控制的主要內容神經網絡模糊控制物元分析與可拓集合理論混沌論遺傳算法智能控制與傳統(tǒng)控制的主要區(qū)別處理問題的能力控制模型核心內容解決對象智能控制的主要內涵模糊控制量的概念：主要解決的問題：將二值邏輯推廣到多值邏輯，解決事物本身的模糊性。智能控制的主要內涵模糊控制解決方法：TheanticipantvalueA/DCalculatingcontrolvariable

FuzzyficationRulesoffuzzycontrolFuzzyreasoning

DefuzzyficationD/AExecutivemachineObjectundercontrol

TransducerFuzzycontroller智能控制的主要內涵神經網絡控制神經元模型：多輸入單輸出的非線性的信息處理單元。...yΣω2ω1ωnX1X2XnfθX0=1智能控制的主要內涵神經網絡控制主要解決的問題通過對信息的時間和空間上處理，實現對信息的自組織、自學習、自聯想等功能。解決問題的方法：利用多個神經元組成的神經網絡實現對事物的聯想與識別。..................X1XnXi1mi1jn1krYnYjY1ωikωkj輸入層輸出層隱含層智能控制的主要內涵混沌控制混沌：世界中的混亂、無秩序的現象。主要研究的問題：從混沌現象中，通過自組織產生有序規(guī)律。如蝴蝶效應。遺傳算法下面舉例說明——求智能控制的主要內涵初始群體的生成與編碼12346213800110000100110101000適應度檢測f(x)=x236416964選擇（計算選擇概率）Ps=fi/(∑f)0.1320.0150.620.23賭輪計數1021復制00110011010110101000配對1-22-13-44-3交叉位置3322001|10011|0101|10101|000子代00101011100100001101514813…………………………智能控制技術

在移動機器人中的應用所采用的傳感器超聲傳感器視覺傳感器位移傳感器速度傳感器紅外傳感器環(huán)境識別避障路徑或目標跟蹤定位系統(tǒng)技術集成---自主決策技術公共安全機器人系統(tǒng)“911”以來，各國更加強了對安全與反恐機器人的研制工作。其中，美國處于領先地位。在美國，軍方選擇了iRobot公司的Packbot和Foster-Miller公司的Talon作為目前反恐機器人的主流產品，共訂購了兩家公司價值2.64億美元的機器人。公共安全機器人技術方向1、模塊化：機械上、電子上、軟件上模塊化。不同功能的機器人可以由不同的模塊組成；2、機器人的智能最為實用的半自主和半遙控模式；3、開發(fā)機器人的專用開放式主板：基于多CPU的專用主板；4、開發(fā)一個開放式的通用軟件平臺：最重要，類似人的大腦；5、致力于公共安全機器人標準的建立：標準必須是通過產業(yè)來牽引的。五公斤級系列160公斤級便攜式的車體檢測固定的多自由度云臺立體公共安全機器人網絡移動機器人應用實例HEBUT-1智能移動機器人圖5.13移動機器人跟蹤實驗Fig5.13Mobilerobottracking圖5.13移動機器人跟蹤實驗Fig5.13Mobilerobottracking移動機器人無沖突運行實驗Mobilerobotmovingwithoutcollision移動機器人跟蹤實驗Mobilerobottracking移動機器人應用實例全方位轉向移動機器人試驗平臺移動機器人應用實例核廢料探測機器人移動機器人應用實例小型三輪移動機器人試驗平臺移動機器人應用實例多機器人協調控制移動機器人應用實例三輪移動機器人協調技術試驗平臺移動機器人應用實例智能輪椅無人駕駛自主車輛移動機器人應用實例無人駕駛自主車輛移動機器人應用實例日本火星探測機器人移動機器人應用實例美國火星探測機器人移動機器人應用實例“先驅者”賽車移動機器人應用實例無人駕駛振動式壓路機移動機器人應用實例Wheeledandtrackedremote-controlledplatforms（法國）移動機器人應用實例Vigiland

ObservationandSurveillanceMobileRobot移動機器人應用實例REX

Inspection&MaintenanceofMainSewers移動機器人應用實例“土撥鼠”（右）和“野?！保ㄗ螅┡疟瑱C器人移動機器人應用實例我國研制的排爆機器人移動機器人應用實例德國的排爆機器人移動機器人應用實例危險場合下的排爆機器人移動機器人應用實例Inspectionandmaintancerobotfornuclearindoorenvironments移動機器人應用實例危險環(huán)境下的清理機器人移動機器人應用實例昆蟲機器人移動機器人應用實例昆蟲機器人移動機器人應用實例寵物機器人移動機器人應用實例機器狗移動機器人應用實例“先行者”類人型機器人智能空間智能空間（SmartSpace）是一個嵌入了計算、信息設備和多模態(tài)的傳感裝置的工作空間，其目的是使用戶能非常方便地訪問其中的信息、獲得計算機的服務，從而高效地進行單獨工作和與他人協同工作。智能空間的應用價值目前還可以直接體現在它的具體用途上，如智能會議室、作戰(zhàn)指揮室、智能教室、能照料人的智能家居等。智能空間應用構思網絡保健醫(yī)生室內定位系統(tǒng)家庭衛(wèi)士網絡機器人光環(huán)境交互系統(tǒng)主題：BetterIntelligenceBetterLife家庭網絡保健系統(tǒng)a)組成：建立開放式架構的家庭保健醫(yī)生智能機器人平臺；b)性能：對人體的健康狀況進行監(jiān)督，通過網絡和網絡化的健康保健數據中心，記錄人每天的健康數據。通過對數據庫數據進行觀察和處理，可以將醫(yī)生的建議和忠告反饋給用戶，并對健康進行預警。C）主要參數：測量人體溫度、血壓、脈搏、心電圖；結合人體重量等參數分析人體的水平衡狀態(tài)；家庭衛(wèi)士網絡機器人a)組成：2輪差動的類人形移