第4章 专家控制－仿人智能控制,智能控制基础,2/37,,,4.4.1 仿人智能控制的引入,4.4.2 仿人智能控制的基本概念,4.4.3 仿人智能控制的实现,4.4.4 仿人智能控制的应用举例,,4.4 仿人智能控制,3/37,4.4.1仿人智能控制的引入,我国重庆大学智能控制研究室周其鉴、李祖枢等人在1980年前后提出 现有的人工智能理论只能模拟智能的某个侧面，并不能反映人类智能的全貌而另一方面，人类对于自身信息处理的宏观过程却已有了较为一致的认识，可以作为普适的结构因此，从控制问题的实际需求出发，将宏观结构的模拟和行为功能的模拟相结合是现阶段实现仿人智能控制较为合适的选择4/37,宏观结构,5/37,基本问题,特征识别基于误差e、误差导数和误差的二阶导数 多模态控制,6/37,,,4.4.1 仿人智能控制的引入,4.4.2 仿人智能控制的基本概念,4.4.3 仿人智能控制的实现,4.4.4 仿人智能控制的应用举例,,4.4 仿人智能控制,7/37,4.4.2 仿人智能控制的基本概念,特征基元、特征状态和特征模型特征辨识和特征记忆控制（决策）模态和多模态控制,8/37,特征基元,特征元素构成可以构成描述动态系统运行状态 举例,9/37,,误差相平面,10/37,误差时平面,11/37,特征状态,特征基元的特定组合，可以将误差信息空间划分为一些区域，每一个区域代表了一种系统运行特征的状态，称为特征状态。
12/37,特征模型,利用特征状态对误差信息空间的划分 ，是所有特征状态i的集合 13/37,关系矩阵,特征模型和特征基元集Q之间的关系，也可由关系矩阵P来描述 ：,=P⊙Q,14/37,举例,特征状态1对应的关系向量在 中可表示为：在 中可表示为：,15/37,特征辨识,对控制系统输出的信息进行的辨识，确定当前系统所处的特征状态，这一过程称作特征辨识16/37,特征记忆,被控制器记忆的特征量被称为特征记忆 包括反映前期决策和控制效果的特征量和反映控制任务要求及被控对象性质的特征量 例如：,,17/37,,,控制（决策）模态,定量 i ： 定性,,,18/37,模态基元,基本的控制环节 举例m1：比例控制 m2： 微分控制m3： 积分控制m4： 输出保持控制m5： 峰值误差记忆和控制m6： 磅－磅控制m7： 输出预补偿控制,19/37,关系矩阵,控制模态也可以用关系矩阵表示 根据了lij的不同，就可以构成一系列的复合控制模态，例如：1： 比例＋微分＋保持5： PID控制,20/37,,,4.4.1 仿人智能控制的引入,4.4.2 仿人智能控制的基本概念,4.4.3 仿人智能控制的实现,4.4.4 仿人智能控制的应用举例,,4.4 仿人智能控制,21/37,4.4.3 仿人智能控制的实现,目标轨迹的确定 特征模型的设计 控制模态集的设计 直觉推理的实现,22/37,误差相平面的目标轨迹,23/37,误差时平面的目标轨迹,24/37,相平面的特征模型,定义特征基元集合得到特征模型,25/37,时平面的特征模型,定义特征基元集合得到特征模型,26/37,控制模态集的设计,对于特征模型1的7个特征状态，可以有如下控制模态：误差很大时，对应于区域①，可采用磅－磅模态控制激发误差的变化率。
误差减小的过程中，若误差变化速度低于或等于预定的速度，则对应于区域②，可采取比例模态控制，提高或保持误差变化率若误差减小的过程中，误差变化速度高于预定的速度，则对应于区域③和⑤，需在比例模态的基础上引入微分模态，形成PD模态控制，压低误差变化率如果引入微分模态仍不能减小误差变化的速度至预设的范围，则进入区域④，此时应引入正反馈抑制误差变化速度若误差和误差的变化率都很小，已满足要求，则对应于区域⑥，可采用保持模态控制，使之自行衰减达到平衡如果出现误差增大的失控现象，对应于区域⑦，此时，为了使误差尽快回头，可采用PD模态控制27/37,控制模态集,11： 磅－磅控制模态12： PD控制模态13： 保持控制模态,28/37,直觉推理的实现,,,29/37,第一阶段：,特征模型到控制模态的映射，即例如11：12：13：,,,,,,,30/37,第二阶段,误差信息E和特征记忆信息到控制器输出U的映射，即对应模态i所包含的映射关系定义控制器的输入为 则模态控制映射关系表示为：,31/37,,,4.4.1 仿人智能控制的引入,4.4.2 仿人智能控制的基本概念,4.4.3 仿人智能控制的实现,4.4.4 仿人智能控制的应用举例,,4.4 仿人智能控制,32/37,4.4.4 仿人智能控制的应用举例,力矩受限单摆控制,33/37,数学模型,t：时间(s)；θ：摆的角度(rad)；l：重心的转动半径(m)；T：加振力矩(N.m)；Tfr：库仑摩擦力矩(N.m)；C：粘性衰减系数(N.m.s)；g：重力加速度(m.s-2)；I：转动惯量(Kg.m2)；τ：无量纲时间；ζ：粘性衰减比；α：无量纲加振力矩；αfr：无量纲库仑摩擦力矩。
34/37,特征模型和控制策略,特征模型Φ为 ：多模态控制策略为 推理规则的集合,35/37,参数设计,相关阈值和控制增益参数可以通过计算机仿真，反复试凑获得 初值范围可通过物理分析获得36/37,仿真,单摆系统的参数,37/37,控制结果,。