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1、 第7课 第四章 专家控制 Intelligent Control Expert Control System ECS 专家系统 工程控制论 ECS广泛应用于故障诊断 工业设计及 过程控制 第四章 专家控制 1 4 1 专家系统 专家系统 Expert System 是人工智能 应用研究最活跃和最广泛的课题之一 1965年第一个化学专家系统DENDRAL 诞生 2 专家系统是一个智能计算机程序系统 内部含有大量的某个领域专家水平的知 识与经验 能够利用人类专家的知识和 解决问题的方法来处理该领域问题 基于知识库的程序 知识来源于专家 处理现实需要由专家分析解决的问题 通过推理解决问题 3 专家
2、系统的类型 解释专家系统 预测专家系统 诊断专家系统 设计专家系统 规划专家系统 监视专家系统 控制专家系统 调试专家系统 教学专家系统 修理专家系统 4 专家系统的特点 启发性 推理思考 透明性 解释本身的推理过程 回答用 户的提问 灵活性 增长 修改 更新知识 5 专家系统结构 P241 图4 1 知识库 推理机 专家知识 输入或提问 答案 6 知识库和推理机是两个主要组成部分 知识库 判断性知识 叙述性知识 推理机 解释程序 调度程序 接口 人机交互 专家系统是一种智能计算机程序 7 接口 事实 规则 解释器 计划 议程 中间解 执行器 调度器 协调器 黑板推理机 知识库 用户 8 专家
3、系统建立过程 知识获取 来源与专家 教科书 资料 库及工程师 知识表达 由知识工程师整理 以正确 形式储存于知识库中 知识表达方式具备 表达专家知识能力 能方便使用 系统建立 9 产生式系统 Production System PS ES是基于PS的基础上发展起来的 基于POST 1943 提出的产生式规则 第一个化学领域的专家系统DENDRAL Stanford 即采用PS 知识表达方式 10 PS由事实和规则构成 事实 静态的知识 如事物 事件和它 们之间的关系 规则 产生式规则 表示推理和行为 的过程 IF THEN 前项表示条件 可由各条件用逻辑连接 词组成不同组合 后项为当条件为真时
4、采取的行动或结论 11 产生式系统结构 控制策略 产生式规则数据库 12 产生式系统推理 13 框架理论 Frame 着重结构 组织 七十年代由MT的M Minsky提出的一 种知识表达方法 作为理解视觉 自然 语言对话及其它复杂行为的一种基础 框架 人类日常分析和思维 使用从 过去的经验中积累的知识 这 些知识规模巨大而以很好的形 式保留在人们的记忆中 14 Frame Frame name Slot name 1 Aspect 11 Aspect value 11 Aspect 12 Aspect value 12 Slot name n Aspect n1 Aspect value n1
5、 Aspect n2 Aspect value n2 框架通常描述一类物体 由一组描述物体的各方 面的槽组成 每个槽有自己的名字和值 在复杂结构中 槽下面可设几个侧面 每个侧面 各有自己的值 15 槽或侧面的取值可以是二值逻辑的T或F 可以是实数值 可以是文字以及其它形 式的定义域 还可以是一组子程序 称 为框架的程序附件 框架结构中 各框架有联系 纵向 继承关系 利于学习 横向 信息联系 16 例 学校人员Personnel网络 Teacher 1 Personnel Faculty Faculty Teacher Faculty Carder Student Teacher 2 17 在框
6、架表示的知识库中 主要有两种活动 一是填槽 即框架中未知内容的槽需要 填写 二是 匹配 根据已知事件寻找合适的框 架 并将该内容填入槽中 主要推理形式 默认推理 通过继承关系 匹配 18 语义网络 由语言符号的网络格式表示人类知识构 造 的一种形式 19 不确定性 结论不确定性 证据不确定性 知识的不确定性 专家系统应用于某些领域时 结论很 少是完全确定的 因而 面临不确定问 题 20 证据不确定性 PS前提部分 事实 观察到的 具有不 确定性 如看到的物体 白色 灰色 可信度 1 1 或 0 1 当规则具有一个以上的条件时 就需要 根据各条件的可信度求总条件的可信度 21 以模糊理论为基础的
7、处理方法 取最小 ANDAND 0 9 0 5 1 0 0 5 ANDAND 0 9 0 5 1 0 0 45 以概率论为基础的处理方法 相乘 22 OROR 0 9 0 5 1 0 1 0 取最大 23 专家控制目标 模拟 延伸 扩展 控制专家 的思想 策略和方法 ECS的功能 P246 4 2 专家控制基本原理 24 专家控制系统与专家系统的区别 专家系统 专门领域的问题咨询 推理 辅助用户决策 专家控制 对控制动作独立决策 专家系统 离线 专家控制 在线 25 专家控制算法 实质 解析控制规律 启发式逻辑算法 传统控制的特长 能够针对精确描述的 解析模型进行精确的数值求解 传统控制的缺陷
8、 难于在大范围或复杂 环境中取得完美控制效果 需要启发式逻辑 26 其实 传统控制技术中也存在许多启发 式逻辑 如 PID参数整定和优化 不同算法的协调 未建模动态的处理 系统在线运行的辅助操作 但并未形式化处理 这正是专家控制的作用 27 专家控制系统设计 1 模型描述 如何描述复杂的工业系统 如何描述人的智能控制方式 28 几种模型 解析模型 白色的 模糊模型 灰色模型 部分已知 部分未知 模糊 内涵明确 外延不明确 灰色 外延明确 内涵不明确 知识模型 IF THEN ECS中应用最多 一般地 在设计ECS时 可将上述模型 进行有机结合 形成一个综合模型 29 2 信息处理和特征提取 通
9、过检测仪表或软仪表获取信息 过程 运行 环境 特征提取 特征行为 描述各种运行状态行为特征集合 30 3 控制策略 控制模态 开环 闭环 反馈 定性 定 量等 控制策略 比例 微分 积分 保持 增 量 状态反馈 典型操作 如Bang Bang等 31 4 知识库 存放问题求解需要的领域知识 5 自学习机构 衡量智能水平的重要标志 实现较难 32 6 推理机 由行为空间B到控制规则集U的映射集 合 7 数据库 各种已知条件 实时数据等当前信息 以及与特定问题有关的各种临时数据 的集合 33 间接和直接ECS 4 3 专家控制系统的典型结构 控制器对象 ECS 间接ECS ECS对象 直接ECS
10、34 str m 原型结构 K J str m 1986 Expert Control P251图4 4 特点 知识及处理过程分离 知识基 数值算法 通讯并行运行 35 数值算法 控制 PID FUZZY 辨识 RLS 监控 内部通讯 Box邮箱 Out In Answer Result Timer 知识基结构 知识源 黑板 调度器 36 4 4 专家控制示例 37 4 5 专家控制技术的研究课题 请自己查阅近期文献 实时推理 P264 非单调推理 异步事件推理 按时序推理 带有时间约束推理 并行推理 不确定推理 知识获取 P266 浅层知识与深层知识 专家经验知识 动态知识 38 广义上讲
11、各种智能控制方法研究的共 同点就是使工程控制系统具有某种 仿人 的智能 39 稳定性分析 P270 ECS实际是非线性控制 4 6 仿人智能控制 概念和定义 特征模型 描述控制系统行为特征 全体特征状态的集合 一般由偏差和偏差变化率等组合构成 教材P274 q1 q8 特征辨识 40 特征记忆 用于系统校正 适应学习及系统监控等 特征记忆表现了控制器前期决策与控制 的效果及控制要求和对象性质 控制模态 控制方式 41 原理和结构 特征辨识 仿人推理 多模态控制 典型控制模态 P277 m1 m6 1 6 结构P278 图4 18 仿人智能控制的特点 分层的信息处理和决策机构 在线的特征辨识和特征记忆 多模态控制 启发式直觉推理逻辑 42 37 没有作业 此课件下载可自行编辑修改 此课件供参考 部分内容来源于网络 如有侵权请与我联系删除
