專家控制測(cè)控

專家控制測(cè)控第一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六1傳統(tǒng)控制系統(tǒng)系統(tǒng)運(yùn)行——排除人為干預(yù)——人機(jī)缺乏交互——控制器缺乏應(yīng)變能力——

強(qiáng)烈依賴數(shù)學(xué)模型第二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六22.1專家系統(tǒng)專家：對(duì)解決專門問題非常熟悉的專門人才，一般源于豐富的經(jīng)驗(yàn)及詳細(xì)專業(yè)知識(shí)。專家系統(tǒng)：一類包含知識(shí)和推理的智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，內(nèi)部含有大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，能夠利用人類專家的知識(shí)和解決問題的經(jīng)驗(yàn)方法來處理該領(lǐng)域的高水平難題。簡(jiǎn)言之，是模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。第三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六3發(fā)展歷史初創(chuàng)期（1965－1971）

DENLDRA：推斷化學(xué)分子結(jié)構(gòu)的專家系統(tǒng)（專家系統(tǒng)奠基人、Stanford大學(xué)計(jì)算機(jī)系Feigenbaum教授）MACSMA：用于數(shù)學(xué)運(yùn)算的數(shù)學(xué)專家系統(tǒng)（麻省理工學(xué)院）第四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六4成熟期（1972－1977）血液感染病診斷專家系統(tǒng)MYCIN（理論－應(yīng)用）語音識(shí)別專家系統(tǒng)HEARSAY（理論－成熟）第五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六5發(fā)展期（1978－現(xiàn)在）

1987年1000種解釋、預(yù)測(cè)、設(shè)計(jì)、規(guī)劃、監(jiān)理、修理、指導(dǎo)、控制等第六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六6專家系統(tǒng)特點(diǎn)啟發(fā)性透明性靈活性符號(hào)操作不確定性推理第七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六7啟發(fā)性問題結(jié)構(gòu)往往不合理問題求解知識(shí)包括理論知識(shí)、常識(shí)和專家的啟發(fā)知識(shí)啟發(fā)知識(shí)可能不完全、不準(zhǔn)確，但能執(zhí)行高級(jí)分析與推理第八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六8透明性專家系統(tǒng)能夠解釋本身的推理過程和回答用戶提出的問題應(yīng)用知識(shí)庫內(nèi)的知識(shí)和問題求解過程產(chǎn)生的中間結(jié)果第九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六9靈活性具有擴(kuò)展和豐富知識(shí)庫的能力改善非編程狀態(tài)下的系統(tǒng)性能，即自學(xué)習(xí)能力知識(shí)庫、推理機(jī)相對(duì)獨(dú)立第十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六10符號(hào)操作強(qiáng)調(diào)符號(hào)處理和符號(hào)操作用符號(hào)表示知識(shí)符號(hào)集合表示問題的概念第十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六11不確定性推理問題求解方法大多是經(jīng)驗(yàn)性的提供的有關(guān)信息往往也是不確定性的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)一般用于表示不精確性并存在一定概率的問題第十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六12專家系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)高效、準(zhǔn)確、周到、迅速、不知疲倦不受環(huán)境影響、不可能遺漏、忘記專家專長(zhǎng)不受時(shí)間、空間限制，以便推廣匯集多領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)和經(jīng)驗(yàn)及其協(xié)作能力軍事專家系統(tǒng)巨大經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益促進(jìn)科技發(fā)展第十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六13專家系統(tǒng)構(gòu)成結(jié)構(gòu)：專家系統(tǒng)各組成部分的構(gòu)造方法和組織形式知識(shí)庫、推理機(jī)第十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六14專家系統(tǒng)建立知識(shí)庫（1）基于專家經(jīng)驗(yàn)的判斷性規(guī)則（2）用于推理、問題求解的控制性規(guī)則（3）用于說明問題的狀態(tài)、事實(shí)和概念及當(dāng)前的條件和常識(shí)等的數(shù)據(jù)包含知識(shí)查詢、檢索、增刪、修改和擴(kuò)充等模塊通過人機(jī)接口與專家溝通，獲取知識(shí)第十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六15推理機(jī)用于對(duì)知識(shí)庫中的知識(shí)進(jìn)行推理來得到結(jié)論的“思維”機(jī)構(gòu)（1）正向推理：從原始數(shù)據(jù)和已知條件得到結(jié)論（2）反向推理：先提出假設(shè)的結(jié)論，然后尋找支持證據(jù)，若證據(jù)存在，則假設(shè)成立（3）雙向推理：運(yùn)用正向推理提出假設(shè)的結(jié)論，運(yùn)用反向推理來證實(shí)假設(shè)第十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六16知識(shí)的表示常用方法：產(chǎn)生式規(guī)則、框架、語義網(wǎng)絡(luò)、過程產(chǎn)生式規(guī)則：IFETHENHWITHCF第十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六17專家系統(tǒng)開發(fā)語言（1）C語言，人工智能語言（Prolog,Lisp等）（2）專家系統(tǒng)開發(fā)工具：已經(jīng)建好的專家系統(tǒng)框架第十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六18專家系統(tǒng)建立步驟（1）知識(shí)庫設(shè)計(jì)①確定知識(shí)類型：敘述性知識(shí)、過程性知識(shí)、控制性知識(shí)②確定知識(shí)表達(dá)方式③知識(shí)庫管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第十九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六19（2）推理機(jī)設(shè)計(jì)①選擇推理方式②選擇推理算法：選擇各種搜索算法，如深度優(yōu)先搜索、廣度優(yōu)先搜索、啟發(fā)式優(yōu)先搜索等第二十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六20（3）人機(jī)接口設(shè)計(jì)①設(shè)計(jì)“用戶－專家系統(tǒng)接口”：用于咨詢理解和結(jié)論解釋②設(shè)計(jì)“專家－專家系統(tǒng)接口”：用于知識(shí)庫擴(kuò)充及系統(tǒng)維護(hù)第二十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六212.2專家控制瑞典學(xué)者K.J.Astrom提出應(yīng)用專家系統(tǒng)概念和技術(shù)，模擬人類專家的控制知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)而建造的控制系統(tǒng)目的：傳統(tǒng)控制的基礎(chǔ)＋有經(jīng)驗(yàn)的控制工程師第二十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六22專家控制基本原理結(jié)構(gòu)第二十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六23功能滿足任意動(dòng)態(tài)過程的控制需要可以利用對(duì)象的先驗(yàn)知識(shí)通過修改、增加控制規(guī)則，不斷積累知識(shí)，改進(jìn)控制性能定性描述控制系統(tǒng)性能對(duì)控制性能解釋通過對(duì)控制閉環(huán)中的單元進(jìn)行故障檢測(cè)來獲取經(jīng)驗(yàn)規(guī)則第二十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六24與專家系統(tǒng)的區(qū)別（1）專家系統(tǒng)能完成專門領(lǐng)域的功能，輔助用戶決策；專家控制能進(jìn)行獨(dú)立的、實(shí)時(shí)的自動(dòng)決策，比可靠性、抗干擾性要求高（2）專家系統(tǒng)離線工作，專家控制在線控制第二十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六25知識(shí)表示（1）受控過程的知識(shí)①先驗(yàn)知識(shí)：包括問題的類型及開環(huán)特性②動(dòng)態(tài)知識(shí)：包括中間狀態(tài)及特性變化（2）控制、辨識(shí)、診斷知識(shí)①定量知識(shí)：各種算法②定性知識(shí)：各種經(jīng)驗(yàn)、邏輯、直觀判斷第二十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六26數(shù)據(jù)庫（1）事實(shí)：知識(shí)的靜態(tài)數(shù)據(jù)（2）證據(jù)：測(cè)量到的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)（不完整、沖突）（3）假設(shè)：由事實(shí)和證據(jù)推導(dǎo)的中間結(jié)果（4）目標(biāo)：系統(tǒng)的性能指標(biāo)第二十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六27規(guī)則庫IF控制局勢(shì)（事實(shí)和數(shù)據(jù)）THEN操作結(jié)論第二十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六28分類直接型專家控制器間接型專家控制器第二十九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六29間接型專家控制器第三十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六30優(yōu)化型專家控制器適應(yīng)型專家控制器協(xié)調(diào)型專家控制器組織型專家控制器第三十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六31專家系統(tǒng)類型解釋專家系統(tǒng)：通過對(duì)已知信息和數(shù)據(jù)的分析與解釋，確定它們的含義第三十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六32預(yù)測(cè)專家系統(tǒng)通過對(duì)過去和現(xiàn)在已知狀況的分析，推斷未來可能發(fā)生的情況第三十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六33診斷專家系統(tǒng)

根據(jù)觀察到的情況（數(shù)據(jù)）推斷某個(gè)對(duì)象機(jī)能失常的原因第三十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六34設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，求出滿足設(shè)計(jì)問題約束的目標(biāo)配置第三十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六35規(guī)劃專家系統(tǒng)尋找出某個(gè)能夠達(dá)到給定目標(biāo)的動(dòng)作序列或步驟第三十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六36監(jiān)視專家系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)、對(duì)象或過程的行為進(jìn)行不斷觀察，并把觀察到的行為與其應(yīng)當(dāng)具有的行為進(jìn)行比較，以發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出警報(bào)第三十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六37控制專家系統(tǒng)適應(yīng)地管理一個(gè)受控對(duì)象或客體的全面行為，使之滿足預(yù)期要求第三十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六38調(diào)試專家系統(tǒng)對(duì)失靈的對(duì)象給出處理意見和方法第三十九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六39教學(xué)專家系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)、弱點(diǎn)和基礎(chǔ)知識(shí)，以最適當(dāng)?shù)慕贪负徒虒W(xué)方法對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)和輔導(dǎo)第四十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六40修理專家系統(tǒng)對(duì)發(fā)生故障的對(duì)象進(jìn)行處理，使其恢復(fù)正常工作第四十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六41專家控制關(guān)鍵技術(shù)知識(shí)的表達(dá)識(shí)別和獲取定量控制信號(hào)定性知識(shí)轉(zhuǎn)化為定量控制信號(hào)控制知識(shí)和控制規(guī)則獲取第四十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六42專家控制特點(diǎn)靈活性：根據(jù)系統(tǒng)工作狀態(tài)及誤差，靈活選取控制律適應(yīng)性：根據(jù)專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，調(diào)整控制器參數(shù)，適應(yīng)對(duì)象特性及環(huán)境變化魯棒性：通過利用專家規(guī)則，系統(tǒng)可以在非線性、大偏差下可靠工作第四十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六432.3專家PID控制專家PID控制原理（直接型專家控制）實(shí)質(zhì)：基于受控對(duì)象和控制規(guī)律的各種知識(shí)，無需知道對(duì)象精確模型，利用專家經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)PID參數(shù)第四十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六44e(k)：離散化的當(dāng)前采樣時(shí)刻誤差e(k-1)、e(k－2)：前1個(gè)、前2個(gè)采樣時(shí)刻誤差?e(k)＝e(k)－e(k-1)?e(k－1)＝e(k－1)－e(k-2)第四十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六451、│e(k)│＞M1（誤差絕對(duì)值大），定值控制2、e(k)?e(k)＞0或?e(k)＝0（誤差變大或不變）

若│e(k)│≧M2（誤差較大，較強(qiáng)控制）

u(k)=u(k-1)+k1{kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)］}

若│e(k)│＜M2（誤差變大，絕對(duì)值不大，一般控制）

u(k)=u(k-1)+kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)］第四十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六463、e(k)?e(k)＜0，?e(k)?e(k－1)＞0或?e(k)＝0，（誤差減小或平衡，控制器輸出不變）4、e(k)?e(k)＜0，?e(k)?e(k－1)＜0

（誤差處于極值）若│e(k)│≧M2，u(k)=u(k-1)+k1kpem(k)（較強(qiáng)）若│e(k)│＜M2，u(k)=u(k-1)+k2kpem(k)（較弱）第四十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六475、│e(k)│≦ε，加入積分環(huán)節(jié)

em(k)為誤差e的第k個(gè)極值；u(k)為第k次控制器的輸出；k1為增益放大系數(shù)，k1＞1；k2為抑制系數(shù)，0＜k2＜1；M1M2為設(shè)定的誤差界限，M1＞M2＞0；k為控制周期的序號(hào)（自然數(shù)）；ε為任意小的正