《智能控制基础》第5章仿人智能控制-清华大学出版社.ppt

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1、智能控制技术智能控制技术第第 5 章章 仿人智能控制仿人智能控制二零一一年三月二零一一年三月二零一一年三月二零一一年三月仿人智能控制仿人智能控制仿仿仿仿人人人人智智智智能能能能控控控控制制制制器器器器的的的的原原原原型型型型算算算算法法法法最最最最初初初初是是是是在在在在19791979年年年年由由由由重重重重庆庆庆庆大大大大学学学学周周周周其其其其鉴鉴鉴鉴教教教教授授授授等等等等人人人人提提提提出出出出来来来来的的的的，19831983年年年年在在在在国国国国际际际际学学学学术术术术刊刊刊刊物物物物上上上上正正正正式式式式发发发发表表表表。经经经经过过过过二二二二十十十十多多多多年年年年来来

2、来来的的的的研研研研究究究究发发发发展展展展，仿仿仿仿人人人人智智智智能能能能控控控控制制制制已已已已经经经经形形形形成成成成了了了了比比比比较较较较完完完完善善善善的的的的基基基基本本本本理理理理论论论论体体体体系系系系和和和和较较较较系系系系统统统统的的的的控控控控制制制制系系系系统统统统设设设设计计计计方方方方法法法法，并并并并在在在在实实实实践践践践中中中中得得得得到到到到了了了了成成成成功功功功应应应应用用用用。它它它它从从从从新新新新的的的的角角角角度度度度比比比比较较较较直直直直接接接接地地地地模模模模拟拟拟拟人人人人的的的的智智智智能能能能，建建建建立立立立了了了了智智智智能能

3、能能控控控控制制制制技技技技术术术术的的的的一一一一个新分支。个新分支。个新分支。个新分支。第第5章章 主要内容主要内容l l 5 5.1 .1 仿人智能控制仿人智能控制仿人智能控制仿人智能控制的原理的原理的原理的原理l l 5 5.2.2 仿人智能控制技术的实现仿人智能控制技术的实现仿人智能控制技术的实现仿人智能控制技术的实现l l 5 5.3.3 仿人智能控制系统的设计仿人智能控制系统的设计仿人智能控制系统的设计仿人智能控制系统的设计l l 5 5.4.4 仿人智能控制实例仿人智能控制实例仿人智能控制实例仿人智能控制实例5.1 仿人智能控制的原理仿人智能控制的原理l l5 5.1.1.1.

4、1 仿人智能控制的基本思想仿人智能控制的基本思想仿人智能控制的基本思想仿人智能控制的基本思想l l5 5.1.2.1.2 仿人智能控制的算法原型仿人智能控制的算法原型仿人智能控制的算法原型仿人智能控制的算法原型l l5 5.1.3 1.3 仿人智能控制器算法原型中仿人智能控制器算法原型中仿人智能控制器算法原型中仿人智能控制器算法原型中的的的的智能属性智能属性智能属性智能属性5.1 仿人智能控制的原理仿人智能控制的原理l l5 5.1.1.1.1 仿人智能控制的基本思想仿人智能控制的基本思想仿人智能控制的基本思想仿人智能控制的基本思想 智智智智能能能能控控控控制制制制的的的的本本本本质质质质就就

5、就就是是是是模模模模拟拟拟拟人人人人的的的的智智智智能能能能方方方方式式式式或或或或行行行行为为为为，而而而而由由由由于于于于人人人人脑脑脑脑的的的的智智智智能能能能优优优优势势势势，很很很很多多多多手手手手动动动动控控控控制制制制的的的的效效效效果果果果是是是是目目目目前前前前自自自自动动动动控控控控制制制制还还还还无无无无法法法法达达达达到到到到的的的的。如如如如空空空空中中中中格格格格斗斗斗斗的的的的飞飞飞飞机机机机操操操操纵纵纵纵，复复复复杂杂杂杂道道道道路路路路上上上上的的的的汽汽汽汽车车车车驾驾驾驾驶驶驶驶，运运运运用用用用自自自自如如如如的的的的杂杂杂杂技技技技与与与与体体体体操

6、操操操表表表表演演演演，以以以以及及及及一一一一些些些些复复复复杂杂杂杂的的的的工工工工业业业业过过过过程程程程和和和和大大大大系系系系统统统统的的的的控控控控制制制制。对对对对于于于于复复复复杂杂杂杂而而而而未未未未知知知知的的的的被被被被控控控控对对对对象象象象，能熟练操作该对象的专家手动控制是一般控制机器所无法比拟的能熟练操作该对象的专家手动控制是一般控制机器所无法比拟的能熟练操作该对象的专家手动控制是一般控制机器所无法比拟的能熟练操作该对象的专家手动控制是一般控制机器所无法比拟的。仿仿仿仿人人人人智智智智能能能能控控控控制制制制（Human-Simulated Human-Simula

7、ted Intelligent Intelligent ControlControl，HSICHSIC）主主主主导导导导思思思思想想想想就就就就是是是是，在在在在对对对对人人人人体体体体控控控控制制制制结结结结构构构构宏宏宏宏观观观观模模模模拟拟拟拟的的的的基基基基础础础础上上上上，进进进进一一一一步步步步研研研研究究究究人人人人的的的的“身体身体身体身体-动觉智能动觉智能动觉智能动觉智能”，即人的控制行为功能，并加以模拟。，即人的控制行为功能，并加以模拟。，即人的控制行为功能，并加以模拟。，即人的控制行为功能，并加以模拟。5.1 仿人智能控制的原理仿人智能控制的原理l l5 5.1.1.1.

8、1 仿人智能控制的基本思想仿人智能控制的基本思想仿人智能控制的基本思想仿人智能控制的基本思想 仿仿仿仿人人人人智智智智能能能能控控控控制制制制研研研研究究究究的的的的基基基基本本本本方方方方法法法法是是是是：从从从从分分分分级级级级递递递递阶阶阶阶智智智智能能能能控控控控制制制制系系系系统统统统的的的的最最最最低低低低层层层层运运运运行行行行控控控控制制制制级级级级着着着着手手手手，充充充充分分分分利利利利用用用用已已已已有有有有的的的的控控控控制制制制理理理理论论论论成成成成果果果果和和和和计计计计算算算算机机机机仿仿仿仿真真真真结结结结果果果果，直直直直接接接接对对对对人人人人的的的的控控

9、控控制制制制经经经经验验验验、技技技技巧巧巧巧和和和和各各各各种种种种直直直直觉觉觉觉推推推推理理理理逻逻逻逻辑辑辑辑进进进进行行行行测测测测量量量量、概概概概括括括括和和和和总总总总结结结结；并并并并将将将将其其其其组组组组织织织织成成成成各各各各种种种种简简简简单单单单实实实实用用用用、精精精精度度度度高高高高、能能能能实实实实时时时时运运运运行行行行的的的的控控控控制制制制算算算算法法法法，并并并并直直直直接接接接应用于实际控制系统，进而建立起系统的仿人智能控制理论体系应用于实际控制系统，进而建立起系统的仿人智能控制理论体系应用于实际控制系统，进而建立起系统的仿人智能控制理论体系应用于实

10、际控制系统，进而建立起系统的仿人智能控制理论体系。这这这这种种种种计计计计算算算算机机机机控控控控制制制制算算算算法法法法，以以以以人人人人对对对对控控控控制制制制对对对对象象象象的的的的观观观观察察察察、记记记记忆忆忆忆、决决决决策策策策等等等等智智智智能能能能的的的的模模模模仿仿仿仿作作作作为为为为基基基基础础础础，根根根根据据据据被被被被调调调调量量量量与与与与给给给给定定定定值值值值的的的的误误误误差差差差以以以以及及及及误误误误差差差差的的的的变变变变化化化化趋趋趋趋势势势势来来来来确确确确定定定定控控控控制制制制策策策策略略略略。从从从从人人人人工工工工智智智智能能能能问问问问题题

11、题题求求求求解解解解的的的的基基基基本本本本观观观观点点点点来来来来看看看看，一一一一个个个个控控控控制制制制系系系系统统统统的的的的运运运运行行行行，实实实实际际际际上上上上就就就就是是是是控控控控制制制制机机机机构构构构对对对对控控控控制制制制问问问问题题题题的的的的一一一一个个个个求求求求解解解解过过过过程程程程。因因因因此此此此，仿仿仿仿人人人人智智智智能能能能控控控控制制制制研研研研究究究究的的的的主主主主要要要要目目目目标标标标不不不不是是是是被被被被控控控控对对对对象象象象，而而而而是是是是控控控控制制制制器器器器本本本本身身身身如如如如何何何何对对对对控控控控制制制制专专专专家

12、家家家的的的的结结结结构构构构和和和和行行行行为为为为进进进进行行行行模模模模拟拟拟拟。因因因因而而而而从从从从仿仿仿仿人人人人智智智智能能能能控控控控制制制制的的的的角角角角度度度度来来来来看看看看，智智智智能能能能控控控控制制制制系系系系统统统统是人体控制系统的一种同态变换是人体控制系统的一种同态变换是人体控制系统的一种同态变换是人体控制系统的一种同态变换。5.1 仿人智能控制的原理仿人智能控制的原理l l5 5.1.1.1.1 仿人智能控制的基本思想仿人智能控制的基本思想仿人智能控制的基本思想仿人智能控制的基本思想 仿仿仿仿人人人人智智智智能能能能控控控控制制制制理理理理论论论论认认认认

13、为为为为，智智智智能能能能控控控控制制制制是是是是对对对对控控控控制制制制问问问问题题题题求求求求解解解解的的的的二二二二次次次次映映映映射射射射的的的的信信信信息息息息处处处处理理理理过过过过程程程程，即即即即从从从从“认认认认知知知知”到到到到“判判判判断断断断”的的的的定定定定性性性性推推推推理理理理过过过过程程程程和和和和从从从从“判判判判断断断断”到到到到“操操操操作作作作”的的的的定定定定量量量量控控控控制制制制过过过过程程程程。仿仿仿仿人人人人智智智智能能能能控控控控制制制制不不不不仅仅仅仅具具具具有有有有其其其其他他他他智智智智能能能能控控控控制制制制如如如如模模模模糊糊糊糊控

14、控控控制制制制、专专专专家家家家控控控控制制制制等等等等技技技技术术术术方方方方法法法法的的的的并并并并行行行行、逻逻逻逻辑辑辑辑控控控控制制制制和和和和语语语语言言言言控控控控制制制制的的的的特特特特点点点点，而而而而且且且且还还还还具具具具有有有有以以以以数数数数学学学学模模模模型型型型为为为为基基基基础础础础的的的的传传传传统统统统控控控控制的解析定量控制的特点制的解析定量控制的特点制的解析定量控制的特点制的解析定量控制的特点。仿人智能控制在结构和功能上具有以下基本特征：仿人智能控制在结构和功能上具有以下基本特征：仿人智能控制在结构和功能上具有以下基本特征：仿人智能控制在结构和功能上具有

15、以下基本特征：（1 1）分层递阶分层递阶分层递阶分层递阶的的的的信息处理信息处理信息处理信息处理和和和和决策机构决策机构决策机构决策机构（高阶产生式系统结构）；（高阶产生式系统结构）；（高阶产生式系统结构）；（高阶产生式系统结构）；（2 2）在线的）在线的）在线的）在线的特征辨识特征辨识特征辨识特征辨识和和和和特征记忆特征记忆特征记忆特征记忆；（3 3）开、闭环控制相结合开、闭环控制相结合开、闭环控制相结合开、闭环控制相结合、定性决策与定量控制结合定性决策与定量控制结合定性决策与定量控制结合定性决策与定量控制结合的多模态控制；的多模态控制；的多模态控制；的多模态控制；（4 4）启发式启发式启发

16、式启发式和和和和直觉推理逻辑直觉推理逻辑直觉推理逻辑直觉推理逻辑的综合运用。的综合运用。的综合运用。的综合运用。5.1 仿人智能控制的原理仿人智能控制的原理l l5 5.1.1.1.1 仿人智能控制的基本思想仿人智能控制的基本思想仿人智能控制的基本思想仿人智能控制的基本思想 仿仿仿仿人人人人智智智智能能能能控控控控制制制制在在在在结结结结构构构构上上上上具具具具有有有有分分分分级级级级递递递递阶阶阶阶的的的的控控控控制制制制结结结结构构构构，遵遵遵遵循循循循“智智智智能能能能增增增增加加加加而而而而相相相相应应应应精精精精度度度度降降降降低低低低”（IPDIIPDI）原原原原则则则则。不不不不

17、同同同同于于于于SaridisSaridis的的的的分分分分级级级级递递递递阶阶阶阶结结结结构构构构理理理理论论论论，仿仿仿仿人人人人智智智智能能能能控控控控制制制制认认认认为为为为：其其其其最最最最低低低低层层层层运运运运行行行行控控控控制制制制级级级级不不不不仅仅仅仅仅仅仅仅由由由由常常常常规规规规控控控控制制制制器器器器构构构构成成成成，还还还还要要要要具具具具有有有有一一一一定定定定的的的的智智智智能能能能，以以以以满满满满足足足足实实实实时时时时、高高高高速速速速、高高高高精精精精度度度度的的的的控控控控制制制制要要要要求求求求。正正正正如如如如19921992年年年年美美美美国国国

18、国国国国国家家家家自自自自然然然然科科科科学学学学基基基基金金金金会会会会与与与与美美美美国国国国电电电电力力力力科科科科学学学学研研研研究究究究院院院院联联联联合合合合发发发发起起起起的的的的研研研研究究究究智智智智能能能能控控控控制制制制倡倡倡倡议议议议书书书书中中中中所所所所强强强强调调调调那那那那样样样样：“研研研研究究究究工工工工作作作作应应应应开开开开辟辟辟辟新新新新途途途途径径径径去去去去提提提提出出出出问问问问题题题题，去去去去设设设设计计计计智智智智能能能能控控控控制制制制器器器器，而而而而不不不不是是是是把把把把传传传传统统统统的的的的控控控控制制制制方方方方法法法法（如如

19、如如较较较较低低低低层层层层的的的的PIDPID控控控控制制制制器器器器）与与与与高层的以规则为基础的控制器简单而松散地联系在一起高层的以规则为基础的控制器简单而松散地联系在一起高层的以规则为基础的控制器简单而松散地联系在一起高层的以规则为基础的控制器简单而松散地联系在一起”。5.1 仿人智能控制的原理仿人智能控制的原理l l5 5.1.1.2 2 仿人智能控制的算法原型仿人智能控制的算法原型仿人智能控制的算法原型仿人智能控制的算法原型 仿仿仿仿人人人人智智智智能能能能控控控控制制制制器器器器的的的的基基基基本本本本算算算算法法法法以以以以熟熟熟熟练练练练操操操操作作作作者者者者的的的的观观观

20、观察察察察、决决决决策策策策等等等等智智智智力力力力行行行行为为为为做做做做基基基基础础础础，根根根根据据据据被被被被调调调调量量量量的的的的误误误误差差差差及及及及误误误误差差差差的的的的变变变变化化化化趋趋趋趋势势势势来来来来决决决决定定定定控控控控制制制制策策策策略略略略，因因因因他他他他接接接接近近近近于于于于人人人人的的的的思思思思维维维维方方方方式式式式。当当当当控控控控制制制制系系系系统统统统的的的的控控控控制制制制误误误误差差差差区区区区域域域域增增增增大大大大时时时时，仿仿仿仿人人人人控控控控制制制制器器器器输输输输出出出出强强强强烈烈烈烈的的的的控控控控制制制制作作作作用用

21、用用，抑抑抑抑制制制制误误误误差差差差的的的的增增增增加加加加；而而而而当当当当误误误误差差差差有有有有回回回回零零零零趋趋趋趋势势势势，开开开开始始始始下下下下降降降降时时时时，仿仿仿仿人人人人控控控控制制制制器器器器减减减减小小小小控控控控制制制制作作作作用用用用，等等等等待待待待观观观观测测测测系系系系统统统统的的的的变变变变化化化化；同同同同时时时时控控控控制制制制器器器器不不不不断断断断地地地地记记记记录录录录误误误误差差差差的的的的极极极极值值值值，校校校校正正正正控控控控制制制制器器器器的的的的控控控控制制制制点以适应变化的要求。仿人智能控制器的算法原型为：点以适应变化的要求。仿

22、人智能控制器的算法原型为：点以适应变化的要求。仿人智能控制器的算法原型为：点以适应变化的要求。仿人智能控制器的算法原型为：其中其中其中其中u u为控制输出，为控制输出，为控制输出，为控制输出，K Kp p为比例系数，为比例系数，为比例系数，为比例系数，k k为抑制系数；为抑制系数；为抑制系数；为抑制系数；e e为误差；为误差；为误差；为误差；为误差变化为误差变化为误差变化为误差变化率；率；率；率；e em,im,i为误差第为误差第为误差第为误差第i i次峰值。次峰值。次峰值。次峰值。5.1 仿人智能控制的原理仿人智能控制的原理l l5 5.1.1.2 2 仿仿仿仿人人人人智智智智能能能能控控控

23、控制制制制的的的的算算算算法法法法原原原原型型型型 如如如如图图图图5-15-1表表表表现现现现了了了了误误误误差差差差相相相相平平平平面面面面上上上上的的的的特特特特征征征征及及及及相相相相应应应应的的的的控控控控制制制制模模模模态态态态，当当当当系系系系统统统统误误误误差差差差处处处处于于于于误误误误差差差差相相相相平平平平面面面面的的的的第第第第一一一一与与与与第三象限，即第三象限，即第三象限，即第三象限，即 或或或或 且且且且 时时时时，仿仿仿仿人人人人智智智智能能能能控控控控制制制制器器器器工工工工作作作作于于于于比比比比例例例例控控控控制制制制模模模模态态态态；而而而而当当当当误误

24、误误差差差差处处处处于于于于误误误误差差差差相相相相平平平平面面面面的的的的第第第第二二二二与与与与第第第第四四四四象象象象限限限限，即即即即 或或或或 时时时时，仿仿仿仿人人人人智智智智能能能能控控控控制器工作于保持控制模态。制器工作于保持控制模态。制器工作于保持控制模态。制器工作于保持控制模态。图图图图5-1 5-1 误差相平面上的控制模态误差相平面上的控制模态误差相平面上的控制模态误差相平面上的控制模态5.2 仿人智能控制技术的实现仿人智能控制技术的实现l l5 5.2 .2 仿人智能控制技术的实现仿人智能控制技术的实现仿人智能控制技术的实现仿人智能控制技术的实现l l5 5.2.1 .

25、2.1 仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标l l5 5.2.2 .2.2 仿人智能控制系统的设计方法仿人智能控制系统的设计方法仿人智能控制系统的设计方法仿人智能控制系统的设计方法5.2 仿人智能控制技术的实现仿人智能控制技术的实现l l5 5.2.1.2.1 仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标 一一一一个个个个动动动动态态态态控控控控制制制制系系系系统统统统的的的的控控控控制制制制性性性性能能能能，主主主主要要要要从从从从快快快快速速速速性性性性、稳稳稳稳

26、定定定定性性性性和和和和准准准准确确确确性性性性这这这这三三三三方方方方面面面面去去去去描描描描述述述述和和和和衡衡衡衡量量量量。特特特特别别别别是是是是对对对对它它它它们们们们的的的的定定定定量量量量描描描描述述述述，构构构构成成成成了了了了表表表表现现现现控控控控制制制制系系系系统统统统性性性性能能能能优优优优良良良良度度度度的的的的主主主主要要要要指指指指标标标标，追追追追求求求求好好好好的的的的性性性性能能能能指指指指标标标标是是是是控控控控制制制制器和系统设计的目标。器和系统设计的目标。器和系统设计的目标。器和系统设计的目标。因因因因为为为为控控控控制制制制系系系系统统统统是是是是动

27、动动动态态态态的的的的，在在在在传传传传统统统统控控控控制制制制理理理理论论论论中中中中，性性性性能能能能指指指指标标标标可可可可以以以以根根根根据据据据特特特特定定定定的的的的阶阶阶阶跃跃跃跃输输输输入入入入的的的的瞬瞬瞬瞬态态态态响响响响应应应应来来来来定定定定义义义义，或或或或根根根根据据据据系系系系统统统统的的的的频频频频域域域域响响响响应应应应来来来来定定定定义义义义，也也也也可可可可以以以以从从从从系系系系统统统统误误误误差差差差在在在在某某某某种种种种条条条条件件件件下下下下的的的的泛泛泛泛函函函函积积积积分分分分的的的的最最最最小小小小值值值值来来来来建立用于评价的性能指标。建

28、立用于评价的性能指标。建立用于评价的性能指标。建立用于评价的性能指标。5.2 仿人智能控制技术的实现仿人智能控制技术的实现l l5 5.2.1.2.1 仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标 在在在在系系系系统统统统的的的的性性性性能能能能指指指指标标标标中中中中，阶阶阶阶跃跃跃跃响响响响应应应应的的的的超超超超调调调调量量量量MMP P表表表表明明明明了了了了系系系系统统统统控控控控制制制制的的的的平平平平稳稳稳稳程程程程度度度度，即即即即系系系系统统统统的的的的相相相相对对对对稳稳稳稳定定定定性性性性，上上上上升升升升时时时

29、时间间间间TrTr和和和和调调调调节节节节时时时时间间间间TsTs是是是是衡衡衡衡量量量量系系系系统统统统快快快快速速速速程程程程度度度度的的的的参参参参数数数数，而而而而稳稳稳稳态态态态误误误误差差差差EsEs则则则则描描描描述述述述了了了了系系系系统统统统的的的的静静静静态态态态精精精精度度度度。但但但但在在在在经经经经典典典典的的的的时时时时域域域域设设设设计计计计中中中中，除除除除线线线线性性性性二二二二阶阶阶阶系系系系统统统统的的的的设设设设计计计计可可可可以以以以用用用用公公公公式式式式直直直直接接接接计计计计算算算算外外外外，其其其其它它它它都都都都还还还还难难难难以以以以直直直

30、直接接接接计计计计算算算算。一一一一般般般般说说说说来来来来，经经经经典典典典时时时时域域域域性性性性能能能能指指指指标标标标只只只只能能能能作作作作为为为为最最最最后后后后调调调调整整整整的的的的工工工工具具具具，而而而而在设计中三方面的性能指标又难以兼顾在设计中三方面的性能指标又难以兼顾在设计中三方面的性能指标又难以兼顾在设计中三方面的性能指标又难以兼顾 。经经经经典典典典的的的的频频频频域域域域性性性性能能能能指指指指标标标标可可可可以以以以直直直直接接接接用用用用于于于于高高高高阶阶阶阶系系系系统统统统的的的的设设设设计计计计，其其其其中中中中带带带带宽宽宽宽、截截截截止止止止频频频频

31、率率率率、谐谐谐谐振振振振峰峰峰峰值值值值和和和和谐谐谐谐振振振振频频频频率率率率的的的的确确确确定定定定，描描描描述述述述了了了了系系系系统统统统的的的的快快快快速速速速性性性性；增增增增益益益益裕裕裕裕度度度度、相相相相位位位位交交交交界界界界频频频频率率率率、相相相相位位位位裕裕裕裕度度度度和和和和增增增增益益益益交交交交界界界界频频频频率率率率等等等等，则则则则定定定定量量量量描描描描述述述述了了了了系系系系统统统统的的的的相相相相对对对对稳稳稳稳定定定定性性性性。但但但但传传传传统统统统控控控控制制制制理理理理论论论论的的的的设设设设计计计计，由由由由于于于于控控控控制制制制器器器器

32、结结结结构构构构为为为为单单单单模模模模态态态态的的的的输输输输入入入入输输输输出出出出映映映映射射射射关关关关系系系系，无无无无法法法法实实实实现现现现快快快快速速速速性性性性、稳稳稳稳定定定定性性性性和和和和精精精精确确确确性性性性这这这这三三三三方方方方面面面面性性性性能能能能指指指指标标标标的的的的兼兼兼兼顾顾顾顾 。5.2 仿人智能控制技术的实现仿人智能控制技术的实现l l5 5.2.1.2.1 仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标 误误误误差差差差泛泛泛泛函函函函积积积积分分分分评评评评价价价价指指指指标标标标是是

33、是是一一一一种种种种更更更更为为为为一一一一般般般般的的的的广广广广义义义义的的的的性性性性能能能能指指指指标标标标评评评评价价价价函函函函数数数数，它它它它是是是是控控控控制系统瞬时误差函数制系统瞬时误差函数制系统瞬时误差函数制系统瞬时误差函数e e(t t)的泛函积分，如：的泛函积分，如：的泛函积分，如：的泛函积分，如：（1 1）误差积分最小的性能指标）误差积分最小的性能指标）误差积分最小的性能指标）误差积分最小的性能指标 ：（1 1）误差平方积分最小的性能指标）误差平方积分最小的性能指标）误差平方积分最小的性能指标）误差平方积分最小的性能指标 ：（1 1）时间乘以误差平方积分最小的性能指

34、标：）时间乘以误差平方积分最小的性能指标：）时间乘以误差平方积分最小的性能指标：）时间乘以误差平方积分最小的性能指标：（1 1）时间乘以误差绝对值积分最小的性能指标）时间乘以误差绝对值积分最小的性能指标）时间乘以误差绝对值积分最小的性能指标）时间乘以误差绝对值积分最小的性能指标 ：5.2 仿人智能控制技术的实现仿人智能控制技术的实现l l5 5.2.1.2.1 仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标 这这这这些些些些积积积积分分分分评评评评价价价价指指指指标标标标综综综综合合合合反反反反映映映映了了了了系系系系统统统统上上上上述

35、述述述三三三三方方方方面面面面的的的的性性性性能能能能，但但但但由由由由它它它它设设设设计计计计出出出出的的的的最最最最优优优优控控控控制制制制器器器器也也也也只只只只能能能能做做做做到到到到在在在在多多多多个个个个时时时时域域域域性性性性能能能能指指指指标标标标中中中中进进进进行行行行折折折折中中中中，而而而而无无无无法法法法实实实实现现现现他他他他们们们们之之之之间的兼顾间的兼顾间的兼顾间的兼顾 。传传传传统统统统控控控控制制制制中中中中以以以以经经经经典典典典的的的的时时时时域域域域性性性性能能能能指指指指标标标标和和和和最最最最优优优优控控控控制制制制的的的的误误误误差差差差泛泛泛泛函

36、函函函积积积积分分分分评评评评价价价价指指指指标标标标系系系系统统统统进进进进行行行行的的的的设设设设计计计计非非非非常常常常重重重重要要要要，但但但但也也也也存存存存在在在在着着着着很很很很大大大大的的的的局局局局限限限限性性性性。经经经经典典典典的的的的时时时时域域域域性性性性能能能能指指指指标标标标非非非非常常常常直直直直观观观观，但但但但不不不不能能能能直直直直接接接接用用用用于于于于设设设设计计计计，只只只只能能能能作作作作为为为为设设设设计计计计结结结结束束束束后后后后的的的的评评评评价价价价。传传传传统统统统的的的的单单单单模模模模态态态态控控控控制制制制方方方方式式式式在在在在

37、设设设设计计计计时时时时无无无无法法法法兼兼兼兼顾顾顾顾所所所所有有有有的的的的指指指指标标标标。最最最最优优优优控控控控制制制制的的的的误误误误差差差差泛泛泛泛函函函函积积积积分分分分评评评评价价价价指指指指标标标标虽虽虽虽然然然然可可可可直直直直接接接接参参参参与与与与设设设设计计计计，但但但但只只只只能能能能在在在在各各各各经经经经典典典典的的的的时时时时域域域域性性性性能能能能指指指指标标标标中中中中折折折折中中中中。特特特特别别别别应应应应当当当当指指指指出出出出的的的的是是是是，传传传传统统统统控控控控制制制制系系系系统统统统的的的的设计必须基于对象精确的数学模型设计必须基于对象精

38、确的数学模型设计必须基于对象精确的数学模型设计必须基于对象精确的数学模型 。图图图图5-4 5-4 理想的系统闭环理想的系统闭环理想的系统闭环理想的系统闭环误差响应误差响应误差响应误差响应5.2 仿人智能控制技术的实现仿人智能控制技术的实现l l5 5.2.1.2.1 仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标 仿仿仿仿人人人人智智智智能能能能控控控控制制制制器器器器基基基基于于于于特特特特征征征征模模模模型型型型、特特特特征征征征辨辨辨辨识识识识的的的的多多多多模模模模态态态态控控控控制制制制方方方方式式式式为为为为实实实实现现现

39、现各各各各经经经经典典典典时时时时域域域域性性性性能能能能指指指指标标标标之之之之间间间间的的的的兼兼兼兼顾顾顾顾建建建建立立立立了了了了基基基基础础础础。在在在在仿仿仿仿人人人人智智智智能能能能控控控控制制制制器器器器的的的的设设设设计计计计中中中中，为为为为设设设设计计计计特特特特征征征征模模模模型型型型和和和和控控控控制制制制模模模模态态态态集集集集，并并并并整整整整定定定定它它它它们们们们中中中中的的的的参参参参数数数数，需需需需要要要要建建建建立立立立一一一一种种种种能能能能够够够够依依依依据据据据系系系系统统统统瞬瞬瞬瞬态态态态响响响响应应应应判判判判断断断断系系系系统统统统当当当

40、当前前前前状状状状态态态态与与与与目目目目标标标标状状状状态态态态的的的的差差差差距距距距以以以以及及及及当当当当前前前前运运运运行行行行趋趋趋趋势势势势好好好好坏坏坏坏的的的的指指指指标标标标，并并并并作作作作为为为为设设设设计计计计用用用用的的的的目目目目标标标标函函函函数数数数。这这这这就就就就是是是是一一一一种种种种能能能能够够够够评评评评价价价价系系系系统统统统运运运运行行行行瞬瞬瞬瞬态态态态品品品品质质质质的的的的性性性性能能能能指指指指标标标标，能能能能够够够够兼兼兼兼顾顾顾顾各各各各时时时时域域域域性性性性能能能能指指指指标标标标，其其其其动动动动态态态态过过过过渡渡渡渡过过过

41、过程程程程在在在在误误误误差差差差-时时时时间间间间相相相相空空空空间间间间中中中中将将将将画画画画出出出出一一一一条条条条理理理理想想想想的的的的误误误误差差差差时时时时相相相相轨轨轨轨迹迹迹迹。这这这这条条条条理理理理想想想想误误误误差差差差时时时时相相相相轨轨轨轨迹迹迹迹构构构构成成成成了了了了设设设设计计计计和和和和实实实实时控制过程中的瞬态性能指标时控制过程中的瞬态性能指标时控制过程中的瞬态性能指标时控制过程中的瞬态性能指标 。图图图图5-5 5-5 具有理想性能的系统误具有理想性能的系统误具有理想性能的系统误具有理想性能的系统误差时相轨迹差时相轨迹差时相轨迹差时相轨迹5.2 仿人智

42、能控制技术的实现仿人智能控制技术的实现l l5 5.2.1.2.1 仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标 图图图图5-55-5显显显显示示示示了了了了与与与与图图图图5-45-4对对对对应应应应的的的的理理理理想想想想的的的的系系系系统统统统闭闭闭闭环环环环阶阶阶阶跃跃跃跃响响响响应应应应的的的的误误误误差差差差时时时时相相相相轨轨轨轨迹迹迹迹，仿仿仿仿人人人人智智智智能能能能控控控控制制制制器器器器特特特特征征征征模模模模型型型型与与与与控控控控制制制制决决决决策策策策模模模模态态态态集集集集的的的的设设设设计计计计目目目目

43、标标标标就就就就是是是是使使使使系系系系统统统统的动态响应符合理想的误差时相轨迹的动态响应符合理想的误差时相轨迹的动态响应符合理想的误差时相轨迹的动态响应符合理想的误差时相轨迹 。将将将将能能能能评评评评价价价价智智智智能能能能控控控控制制制制系系系系统统统统运运运运行行行行的的的的瞬瞬瞬瞬态态态态品品品品质质质质，并并并并能能能能兼兼兼兼顾顾顾顾系系系系统统统统快快快快速速速速性性性性、稳稳稳稳定定定定性性性性和和和和精精精精确确确确性性性性指指指指标标标标要要要要求求求求的的的的理理理理想想想想误误误误差差差差时时时时相相相相轨轨轨轨迹迹迹迹，称称称称为为为为智智智智能能能能控控控控制制制

44、制系系系系统统统统的的的的瞬瞬瞬瞬态态态态性能指标性能指标性能指标性能指标 。无无无无论论论论是是是是定定定定值值值值控控控控制制制制还还还还是是是是伺伺伺伺服服服服控控控控制制制制，一一一一个个个个动动动动态态态态控控控控制制制制过过过过程程程程总总总总会会会会在在在在（）空间中画出一条轨迹，品质好的控制画出的是一条理想的轨迹。）空间中画出一条轨迹，品质好的控制画出的是一条理想的轨迹。）空间中画出一条轨迹，品质好的控制画出的是一条理想的轨迹。）空间中画出一条轨迹，品质好的控制画出的是一条理想的轨迹。5.2 仿人智能控制技术的实现仿人智能控制技术的实现l l5 5.2.1.2.1 仿人智能控制

45、的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标 如如如如果果果果我我我我们们们们以以以以这这这这条条条条理理理理想想想想轨轨轨轨迹迹迹迹作作作作为为为为设设设设计计计计智智智智能能能能控控控控制制制制器器器器的的的的目目目目标标标标，应应应应该该该该说说说说轨轨轨轨迹迹迹迹上上上上的的的的每每每每一一一一点点点点都都都都可可可可视视视视为为为为控控控控制制制制过过过过程程程程中中中中需需需需要要要要实实实实现现现现的的的的瞬瞬瞬瞬态态态态指指指指标标标标。这这这这条条条条理理理理想想想想的的的的误误误误差差差差时时时时相相相相轨轨轨轨迹迹迹迹可可可

46、可以以以以分分分分别别别别向向向向（）、（）和和和和（）三三三三个个个个平平平平面面面面投投投投影影影影，设设设设计计计计者者者者可可可可以以以以根根根根据据据据分分分分析析析析的的的的侧侧侧侧重重重重点点点点，考考考考虑虑虑虑这这这这三三三三条条条条投投投投影影影影曲曲曲曲线线线线中中中中的的的的一一一一条条条条或或或或者者者者几几几几条条条条作作作作为设计用的瞬态指标，以简化设计的目标为设计用的瞬态指标，以简化设计的目标为设计用的瞬态指标，以简化设计的目标为设计用的瞬态指标，以简化设计的目标 。又可以按滞后情况分别考虑：又可以按滞后情况分别考虑：又可以按滞后情况分别考虑：又可以按滞后情况分

47、别考虑：（1 1）在在在在系系系系统统统统无无无无纯纯纯纯滞滞滞滞后后后后时时时时，考考考考虑虑虑虑这这这这条条条条轨轨轨轨迹迹迹迹在在在在（）相相相相平平平平面面面面上上上上的的的的投投投投影影影影，设计可在（设计可在（设计可在（设计可在（）相平面上进行。）相平面上进行。）相平面上进行。）相平面上进行。（2 2）当当当当系系系系统统统统有有有有纯纯纯纯滞滞滞滞后后后后时时时时，可可可可以以以以考考考考虑虑虑虑这这这这条条条条理理理理想想想想轨轨轨轨迹迹迹迹对对对对（e e-t t）平平平平面面面面的的的的投投投投影影影影，设计就可以在（设计就可以在（设计就可以在（设计就可以在（e e-t t

48、）平面上进行。）平面上进行。）平面上进行。）平面上进行。5.2 仿人智能控制技术的实现仿人智能控制技术的实现l l5 5.2.1.2.1 仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标仿人智能控制的瞬态性能指标 如如如如图图图图5-65-6中中中中曲曲曲曲线线线线（a a）+（b b）表表表表明明明明了了了了一一一一个个个个理理理理想想想想的的的的定定定定值值值值控控控控制制制制过过过过程程程程；曲曲曲曲线线线线（b b）则则则则为为为为一一一一个个个个理理理理想想想想的的的的伺伺伺伺服服服服控控控控制制制制的的的的动动动动态态态态过过过过程程程程。如如如如果果

49、果果以以以以这这这这样样样样的的的的运运运运动动动动轨轨轨轨迹迹迹迹作作作作为为为为设设设设计计计计智智智智能能能能控控控控制制制制器器器器的的的的目目目目标标标标，理理理理想想想想的的的的情情情情况况况况就就就就是是是是，控控控控制制制制器器器器迫迫迫迫使使使使系系系系统统统统的的的的动动动动态态态态特特特特性性性性在在在在该该该该轨轨轨轨迹迹迹迹上上上上滑滑滑滑动动动动。但但但但由由由由于于于于被被被被控控控控对对对对象象象象具具具具有有有有不不不不确确确确定定定定性性性性和和和和未未未未知知知知性性性性，实实实实际际际际上上上上运运运运动动动动的的的的轨轨轨轨迹迹迹迹只只只只可可可可能能

50、能能处处处处在在在在这这这这条条条条理理理理想想想想曲曲曲曲线线线线周周周周围围围围的的的的一一一一曲曲曲曲柱柱柱柱中中中中（对对对对（）相相相相平平平平面面面面而而而而言言言言应应应应是是是是一一一一曲曲曲曲带带带带）。因因因因此此此此设设设设计计计计的的的的任任任任务务务务就就就就变变变变成成成成根根根根据据据据这这这这一一一一曲曲曲曲柱柱柱柱在在在在误误误误差差差差时时时时相相相相空空空空间间间间的的的的位位位位置置置置划划划划分分分分出出出出特特特特征征征征状状状状态态态态空空空空间间间间，并并并并以以以以迫迫迫迫使使使使系系系系统统统统状状状状态态态态的的的的运运运运动动动动轨轨轨轨