智能控制-第章-专家控制仿人智能控制优秀PPT.ppt

4.4.1 仿人智能限制的引入4.4.2 仿人智能限制的基本概念4.4.3 仿人智能限制的实现4.4.4 仿人智能限制的应用举例4.4 仿人智能限制仿人智能限制14.4.1仿人智能限制的引入仿人智能限制的引入 v我国重庆高校智能限制探讨室周其鉴、李祖我国重庆高校智能限制探讨室周其鉴、李祖枢等人在枢等人在1980年前后提出年前后提出。v现有的人工智能理论只能模拟智能的某个侧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，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面，人类对于自身信息处理的宏观过程却已有了较为一样的相识，可以作为普适的结构。有了较为一样的相识，可以作为普适的结构。因此，从限制问题的实际需求动身，将宏观因此，从限制问题的实际需求动身，将宏观结构的模拟和行为功能的模拟相结合是现阶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限制较为合适的选择。段实现仿人智能限制较为合适的选择。2宏观结构宏观结构 3基本问题基本问题v特征识别特征识别v基于误差基于误差e、误差导数和误差的二阶导数、误差导数和误差的二阶导数v v多模态限制多模态限制44.4.1 仿人智能限制的引入4.4.2 仿人智能限制的基本概念4.4.3 仿人智能限制的实现4.4.4 仿人智能限制的应用举例4.4 仿人智能限制仿人智能限制54.4.2 仿人智能限制的基本概念仿人智能限制的基本概念v特征基元、特征状态和特征模型特征基元、特征状态和特征模型v特征辨识和特征记忆特征辨识和特征记忆v限制（决策）模态和多模态限制限制（决策）模态和多模态限制6特征基元特征基元 v特征元素构成特征元素构成v可以构成描述动态系统运行状态可以构成描述动态系统运行状态 v举例举例7误差相平面误差相平面 8误差时平面误差时平面 9特征状态特征状态 v特征基元的特定组合，可以将误差信息空间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。系统运行特征的状态，称为特征状态。10特征模型特征模型 v利用特征状态对误差信息空间利用特征状态对误差信息空间 的划分的划分，是，是全部特征状态全部特征状态i的集合的集合。11关系矩阵关系矩阵 v特征模型特征模型和特征基元集和特征基元集Q之间的关系，也可之间的关系，也可由关系矩阵由关系矩阵P来描述来描述：=PQ 12举例举例v特征状态特征状态 1对应的关系向量在对应的关系向量在 中可表示中可表示为：为：v在在 中可表示为：中可表示为：13特征辨识特征辨识 v对限制系统输出的信息进行在线的辨识，确对限制系统输出的信息进行在线的辨识，确定当前系统所处的特征状态，这一过程称作定当前系统所处的特征状态，这一过程称作特征辨识。特征辨识。14特征记忆特征记忆 v被限制器记忆的特征量被称为特征记忆被限制器记忆的特征量被称为特征记忆 v包括反映前期决策和限制效果的特征量和反包括反映前期决策和限制效果的特征量和反映限制任务要求及被控对象性质的特征量映限制任务要求及被控对象性质的特征量。v例如：例如：15限制（决策）模态限制（决策）模态 v定量定量i：v定性定性16模态基元模态基元 v基本的限制环节基本的限制环节 v举例举例vm1：比例限制：比例限制 vm2：微分限制微分限制vm3：积分限制积分限制vm4：输出保持限制输出保持限制vm5：峰值误差记忆和限制峰值误差记忆和限制vm6：磅磅限制磅磅限制vm7：输出预补偿限制输出预补偿限制v17关系矩阵关系矩阵 v限制模态也可以用关系矩阵表示。限制模态也可以用关系矩阵表示。v依据了依据了lij的不同，就可以构成一系列的复的不同，就可以构成一系列的复合限制模态，例如：合限制模态，例如：v 1：比例微分保持比例微分保持v 5：PID限制限制184.4.1 仿人智能限制的引入4.4.2 仿人智能限制的基本概念4.4.3 仿人智能限制的实现4.4.4 仿人智能限制的应用举例4.4 仿人智能限制仿人智能限制194.4.3 仿人智能限制的实现仿人智能限制的实现 v目标轨迹的确定目标轨迹的确定 v特征模型的设计特征模型的设计 v限制模态集的设计限制模态集的设计 v直觉推理的实现直觉推理的实现 20误差相平面的目标轨迹误差相平面的目标轨迹21误差时平面的目标轨迹误差时平面的目标轨迹22相平面的特征模型相平面的特征模型23时平面的特征模型时平面的特征模型v定义特征基元集合定义特征基元集合v得到特征模型得到特征模型24限制模态集的设计限制模态集的设计 v对于特征模型对于特征模型1的的7个特征状态，可以有如下限制模态：个特征状态，可以有如下限制模态：v误差很大时，对应于区域误差很大时，对应于区域，可接受磅磅模态限制激，可接受磅磅模态限制激发误差的变更率。发误差的变更率。v误差减小的过程中，若误差变更速度低于或等于预定的误差减小的过程中，若误差变更速度低于或等于预定的速度，则对应于区域速度，则对应于区域，可实行比例模态限制，提高或，可实行比例模态限制，提高或保持误差变更率。保持误差变更率。v若误差减小的过程中，误差变更速度高于预定的速度，若误差减小的过程中，误差变更速度高于预定的速度，则对应于区域则对应于区域和和，需在比例模态的基础上引入微分，需在比例模态的基础上引入微分模态，形成模态，形成PD模态限制，压低误差变更率。模态限制，压低误差变更率。v假如引入微分模态仍不能减小误差变更的速度至预设的假如引入微分模态仍不能减小误差变更的速度至预设的范围，则进入区域范围，则进入区域，此时应引入正反馈抑制误差变更，此时应引入正反馈抑制误差变更速度。速度。v若误差和误差的变更率都很小，已满足要求，则对应于若误差和误差的变更率都很小，已满足要求，则对应于区域区域，可接受保持模态限制，使之自行衰减达到平衡。，可接受保持模态限制，使之自行衰减达到平衡。v假如出现误差增大的失控现象，对应于区域假如出现误差增大的失控现象，对应于区域，此时，此时，为了使误差尽快回头，可接受为了使误差尽快回头，可接受PD模态限制。模态限制。25限制模态集限制模态集v11：磅磅限制模态v12：PD限制模态v13：保持限制模态26直觉推理的实现直觉推理的实现 27第一阶段：第一阶段：v特征模型到限制模态的映射，即特征模型到限制模态的映射，即v例如例如v 11：v 12：v 13：28其次阶段其次阶段 v误差信息误差信息E和特征记忆信息和特征记忆信息 到限制器输出到限制器输出U的映射，即对应模态的映射，即对应模态 i所包含的映射关系。所包含的映射关系。v定义限制器的输入为定义限制器的输入为 v则模态限制映射关系表示为：则模态限制映射关系表示为：294.4.1 仿人智能限制的引入4.4.2 仿人智能限制的基本概念4.4.3 仿人智能限制的实现4.4.4 仿人智能限制的应用举例4.4 仿人智能限制仿人智能限制304.4.4 仿人智能限制的应用举例仿人智能限制的应用举例v力矩受限单摆限制力矩受限单摆限制31数学模型数学模型t：时间：时间(s)；：摆的角度：摆的角度(rad)；l：重心的转动半径：重心的转动半径(m)；T：加振力矩：加振力矩(N.m)；Tfr：库仑摩擦力矩：库仑摩擦力矩(N.m)；C：粘性衰减系数：粘性衰减系数(N.m.s)；g：重力加速度：重力加速度(m.s-2)；I：转动惯量：转动惯量(Kg.m2)；：无量纲时间；：无量纲时间；：粘性衰减比；：粘性衰减比；：无量纲加振力矩；：无量纲加振力矩；fr：无量纲库仑摩擦力矩。：无量纲库仑摩擦力矩。32特征模型和限制策略特征模型和限制策略 v特征模型特征模型为为：v多模态限制策略多模态限制策略 为为 v推理规则的集合推理规则的集合 33参数设计参数设计 v相关阈值和限制增益参数可以通过计算机仿相关阈值和限制增益参数可以通过计算机仿真，反复试凑获得真，反复试凑获得。v初值范围可通过物理分析获得。初值范围可通过物理分析获得。34仿真仿真v单摆系统的参数单摆系统的参数 35限制结果限制结果36