智能控制第章专家控制仿人智能控制学习教案.pptx

会计学1智能控制智能控制(kngzh)第章专家控制第章专家控制(kngzh)仿人智能控制仿人智能控制(kngzh)第一页，共36页。2/374.4.1仿人智能仿人智能(zh nn)控制的控制的引入引入 n n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。n n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(zshn)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。第1页/共36页第二页，共36页。3/37宏观宏观(hnggun)结构结构 第2页/共36页第三页，共36页。4/37基本基本(jbn)问题问题n n特征识别n n基于(jy)误差e、误差导数和误差的二阶导数n n n n多模态控制第3页/共36页第四页，共36页。5/374.4.1 仿人智能(zh nn)控制的引入4.4.2 仿人智能(zh nn)控制的基本概念4.4.3 仿人智能(zh nn)控制的实现4.4.4 仿人智能控制的应用举例4.4 仿人智能控制仿人智能控制第4页/共36页第五页，共36页。6/374.4.2 仿人智能仿人智能(zh nn)控制的控制的基本概念基本概念n n特征基元、特征状态(zhungti)和特征模型n n特征辨识和特征记忆n n控制（决策）模态和多模态控制第5页/共36页第六页，共36页。7/37特征特征(tzhng)基元基元 n n特征元素构成n n可以构成描述(mio sh)动态系统运行状态 n n举例第6页/共36页第七页，共36页。8/37误差误差(wch)相平面相平面 第7页/共36页第八页，共36页。9/37误差误差(wch)时平面时平面 第8页/共36页第九页，共36页。10/37特征特征(tzhng)状态状态 n n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(zhungti)，称为特征状态(zhungti)。第9页/共36页第十页，共36页。11/37特征特征(tzhng)模型模型 n n利用特征状态对误差信息空间的划分(hu fn)，是所有特征状态i的集合。第10页/共36页第十一页，共36页。12/37关系关系(gun x)矩阵矩阵 n n特征(tzhng)模型和特征(tzhng)基元集Q之间的关系，也可由关系矩阵P来描述：n n=PQ 第11页/共36页第十二页，共36页。13/37举例举例(j l)n n特征(tzhng)状态1对应的关系向量在 中可表示为：n n在 中可表示为：第12页/共36页第十三页，共36页。14/37特征特征(tzhng)辨识辨识 n n对控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(zhungti)，这一过程称作特征辨识。第13页/共36页第十四页，共36页。15/37特征特征(tzhng)记忆记忆 n n被控制器记忆的特征量被称为特征记忆 n n包括反映前期(qinq)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。n n例如：1：emi误差的第i次极值2：uH前期控制输出量的保持值3：误差第i次过零的速度4：tem误差极值的间隔时间第14页/共36页第十五页，共36页。16/37控制控制(kngzh)（决策）模态（决策）模态 n n定量(dngling)n ni：n n定性第15页/共36页第十六页，共36页。17/37模态基元模态基元 n n基本(jbn)的控制环节 n n举例n nm1：比例控制 n nm2：微分控制n nm3：积分控制n nm4：输出保持控制n nm5：峰值误差记忆和控制n nm6：磅磅控制n nm7：输出预补偿控制n n第16页/共36页第十七页，共36页。18/37关系关系(gun x)矩阵矩阵 n n控制模态也可以用关系(gun x)矩阵表示。n n根据了lij的不同，就可以构成一系列的复合控制模态，例如：n n1：比例微分保持n n5：PID控制第17页/共36页第十八页，共36页。19/374.4.1 仿人智能(zh nn)控制的引入4.4.2 仿人智能(zh nn)控制的基本概念4.4.3 仿人智能(zh nn)控制的实现4.4.4 仿人智能控制的应用举例4.4 仿人智能控制仿人智能控制第18页/共36页第十九页，共36页。20/374.4.3 仿人智能控制仿人智能控制(kngzh)的的实现实现 n n目标轨迹的确定 n n特征模型(mxng)的设计 n n控制模态集的设计 n n直觉推理的实现 第19页/共36页第二十页，共36页。21/37误差相平面误差相平面(pngmin)的目标轨的目标轨迹迹第20页/共36页第二十一页，共36页。22/37误差误差(wch)时平面的目标轨迹时平面的目标轨迹第21页/共36页第二十二页，共36页。23/37相平面的特征相平面的特征(tzhng)模型模型第22页/共36页第二十三页，共36页。24/37时平面的特征时平面的特征(tzhng)模型模型n n定义特征(tzhng)基元集合n n得到特征(tzhng)模型第23页/共36页第二十四页，共36页。25/37控制控制(kngzh)模态集的设计模态集的设计 n n对于特征模型对于特征模型1 1的的7 7个特征状态，可以有如下控制模态：个特征状态，可以有如下控制模态：n n误差很大时，对应于区域误差很大时，对应于区域，可采用磅磅模态控制激发误差的变化率。，可采用磅磅模态控制激发误差的变化率。n n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，可采取可采取(c(c iq iq)比例模态控制，提高或保持误差变化率。比例模态控制，提高或保持误差变化率。n n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，则对应于区域和和，需，需在比例模态的基础上引入微分模态，形成在比例模态的基础上引入微分模态，形成PDPD模态控制，压低误差变化率。模态控制，压低误差变化率。n n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，此，此时应引入正反馈抑制误差变化速度。时应引入正反馈抑制误差变化速度。n n若误差和误差的变化率都很小，已满足要求，则对应于区域若误差和误差的变化率都很小，已满足要求，则对应于区域，可采用保持模态，可采用保持模态控制，使之自行衰减达到平衡。控制，使之自行衰减达到平衡。n n如果出现误差增大的失控现象，对应于区域如果出现误差增大的失控现象，对应于区域，此时，为了使误差尽快回头，可，此时，为了使误差尽快回头，可采用采用PDPD模态控制。模态控制。第24页/共36页第二十五页，共36页。26/37控制控制(kngzh)模态集模态集n n11：磅磅控制(kngzh)模态n n12：PD控制(kngzh)模态n n13：保持控制(kngzh)模态第25页/共36页第二十六页，共36页。27/37直觉推理直觉推理(tul)的实现的实现 第26页/共36页第二十七页，共36页。28/37第一阶段：第一阶段：n n特征模型到控制(kngzh)模态的映射，即n n例如n n11：n n12：n n13：第27页/共36页第二十八页，共36页。29/37第二阶段第二阶段 n n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。n n定义(dngy)控制器的输入为 n n则模态控制映射关系表示为：第28页/共36页第二十九页，共36页。30/374.4.1 仿人智能(zh nn)控制的引入4.4.2 仿人智能(zh nn)控制的基本概念4.4.3 仿人智能控制(kngzh)的实现4.4.4 仿人智能控制的应用举例4.4 仿人智能控制仿人智能控制第29页/共36页第三十页，共36页。31/374.4.4 仿人智能仿人智能(zh nn)控制的控制的应用举例应用举例n n力矩受限单摆(dn bi)控制第30页/共36页第三十一页，共36页。32/37数学模型数学模型n nt t：时间：时间(s)(s)；：摆的角度：摆的角度(rad)(rad)；l l：重心的转动半径：重心的转动半径(m)(m)；n nT T：加振力矩：加振力矩(N.m)(N.m)；TfrTfr：库仑摩擦力矩：库仑摩擦力矩(N.m)(N.m)；C C：粘性衰减系数：粘性衰减系数(N.m.s)(N.m.s)；n ng g：重力：重力(zhngl)(zhngl)加速度加速度(m.s-2)(m.s-2)；I I：转动惯量：转动惯量(Kg.m2)(Kg.m2)；：无量纲时间；：无量纲时间；n n：粘性衰减比；：粘性衰减比；：无量纲加振力矩；：无量纲加振力矩；frfr：无量纲库仑摩擦力矩。：无量纲库仑摩擦力矩。第31页/共36页第三十二页，共36页。33/37特征特征(tzhng)模型和控制策略模型和控制策略 n n特征(tzhng)模型为：n n多模态控制策略为 n n推理规则的集合 第32页/共36页第三十三页，共36页。34/37参数参数(cnsh)设计设计 n n相关阈值和控制增益参数可以通过计算机仿真(fn zhn)，反复试凑获得。n n初值范围可通过物理分析获得。第33页/共36页第三十四页，共36页。35/37仿真仿真(fn zhn)n n单摆(dn bi)系统的参数 参数参数Imlfr量量 值值0.01630.04960.65804.43400.03550.0614单单 位位Kg.m2kgm第34页/共36页第三十五页，共36页。36/37控制控制(kngzh)结果结果第35页/共36页第三十六页，共36页。