芻議智能控制理論的發(fā)展及應(yīng)用

摘 要：智能控制理論是一種新型的控制理論，智能控制系統(tǒng)被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。面對高度復(fù)雜和高度不確定性的被控系統(tǒng)，智能控制理論強調(diào)決策和規(guī)劃，智能控制理論還處在發(fā)展階段，面臨著許多問題需要突破。本文主要敘述了控制理論的基本內(nèi)容，介紹了智能控制理論在行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，對智能控制系統(tǒng)的研究趨勢做了分析和展望。

關(guān)鍵詞：智能控制理論；現(xiàn)狀；應(yīng)用

中圖分類號：TP18

1 智能控制理論的基本內(nèi)容

“智能控制”這一概念是美國普渡大學(xué)電氣工程系的美籍華人傅京孫教授于20世紀70年代初最先提出的。早在1965年，他提出把人工智能領(lǐng)域的啟發(fā)式規(guī)則應(yīng)用于學(xué)習(xí)系統(tǒng)，這一時期可以看作是“智能控制”思想的萌芽階段。智能控制是指驅(qū)動智能機器自主地實現(xiàn)其目標(biāo)的過程，其基礎(chǔ)是人工智能、運籌學(xué)、控制論和信息論等學(xué)科的交叉。

復(fù)雜系統(tǒng)難以精確建模，致使基于精確模型的傳統(tǒng)控制理論遇到極大困難，而有經(jīng)驗的操作者卻能駕御復(fù)雜的被控過程（系統(tǒng)），獲得接近最優(yōu)的控制效果。于是人們就利用微機通過多種途徑模擬人在控制過程中的職能控制決策行為，實現(xiàn)了所謂的智能控制。智能控制是自動控制和人工智能的交集。人工智能由于得益于計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，已經(jīng)漸漸形成一門學(xué)科，并在實際應(yīng)用中顯示出很強的生命力。雖然智能控制理論只有十幾年的歷史，尚未形成比較完整的理論體系，但其已有的應(yīng)用成果和理論發(fā)展說明了智能控制正成為自動控制的前沿學(xué)科之一。因此，有人說智能控制就是人們期望已久的第三代控制理論，盡管目前斷言尚有些太早，但可以肯定地說，第三代控制理論會把智能控制理論作為它的一個重要分支。智能控制研究的主要內(nèi)容有以下幾分方面：

（1）智能控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)和機理的研究。

（2）混合系統(tǒng)的建模和控制。

（3）基于模糊集合、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進化算法等智能控制器的開發(fā)和研究。

（4）智能計算和軟計算的開發(fā)和研究。

（5）自組織、自學(xué)習(xí)的結(jié)構(gòu)和方法的研究。

（6）基于多代理（Multi-agent）智能控制系統(tǒng)的開發(fā)和研究。

（7）智能難控制系統(tǒng)應(yīng)用的研究。

智能控制系統(tǒng)本身屬于基于知識的非線性控制范疇，在理論方面還遠比不上線性控制系統(tǒng)理論那樣完善，但是智能控制理論適用于被控對象模型包含有非線性、時變、不確定定、耦合、時滯等難以控制的因素。智能控制理論被譽為最新一代的控制理論，代表性的理論有模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制、遺傳算法、混沌控制、小波理論、擬人化智能控制、分層遞階控制、博弈論等。

2 智能控制理論的應(yīng)用現(xiàn)狀

智能控制理論是在人們要求越來越高的控制性能和針對被控系統(tǒng)的高度復(fù)雜、高度不確定性的情況下產(chǎn)生的，并以常規(guī)控制為基礎(chǔ)進一步發(fā)展和提高的。智能控制代表自動控制科學(xué)發(fā)展最新進程，處于控制科學(xué)的前沿領(lǐng)域。盡管智能控制理論和技術(shù)發(fā)展的歷史不長，

但是，其卓越的性能誘導(dǎo)人們在各方面進行了許多應(yīng)用嘗試，并且取得了卓有實效的成果。

2.1 智能控制在電力電子學(xué)研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

在電力電子學(xué)的眾多應(yīng)用領(lǐng)域中，智能控制在電流控制PWM技術(shù)中的應(yīng)用是具有代表性的技術(shù)應(yīng)用方向之一，也是研究的新熱點之一。應(yīng)用于電氣設(shè)備故障診斷的智能控制技術(shù)有：模糊邏輯、專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。電力系統(tǒng)中發(fā)電機、變壓器、電動機等電機電器設(shè)備的設(shè)計、生產(chǎn)、運行、控制是一個復(fù)雜的過程，國內(nèi)外的電氣工作者將人工智能技術(shù)引入到電氣設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計、故障診斷及控制中，取得了良好的控制效果。遺傳算法是一種先進的優(yōu)化算法，采用此方法來對電器設(shè)備的設(shè)計進行優(yōu)化，可以降低成本，縮短計算時間，提高產(chǎn)品設(shè)計的效率和質(zhì)量。

2.2 智能控制在機械制造中的應(yīng)用

智能控制也被廣泛地應(yīng)用于機械制造行業(yè)，它利用模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法對制造過程進行動態(tài)環(huán)境建模，利用傳感器融合技術(shù)來進行信息的預(yù)處理和綜合。在現(xiàn)代先進制造系統(tǒng)中，需要依賴那些不夠完備和不夠精確的數(shù)據(jù)來解決難以或無法預(yù)測的情況，人工智能技術(shù)為解決這一難題提供了有效的解決方案。利用模糊集合和模糊關(guān)系的魯棒性，將模糊信息集成到閉環(huán)控制的外環(huán)決策選取機構(gòu)來選擇控制動作。可采用專家系統(tǒng)的“Then-If”逆向推理作為反饋機構(gòu)，修改控制機構(gòu)或者選擇較好的控制模式和參數(shù)。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)功能和并行處理信息的能力，進行在線的模式識別，處理那些可能是殘缺不全的信息。

2.3 智能控制在工業(yè)過程中的應(yīng)用

生產(chǎn)過程的智能控制主要包括兩個方面：全局級和局部級。全局級的智能控制主要針對整個生產(chǎn)過程的自動化，包括整個操作工藝的控制、過程的故障診斷、規(guī)劃過程操作處理異常等。局部級的智能控制是指將智能引入工藝過程中的某一單元進行控制器設(shè)計。研究熱點是智能PID控制器，因為其在參數(shù)的整定和在線自適應(yīng)調(diào)整方面具有明顯的優(yōu)勢，且可用于控制一些非線性的復(fù)雜對象。

3 智能控制系統(tǒng)的研究展望

縱觀智能控制產(chǎn)生、發(fā)展的歷史背景與現(xiàn)狀，其研究中心始終是解決傳統(tǒng)控制理論、方法所難以解決的不確定性問題。這些方法包括現(xiàn)代控制、古典控制、自適應(yīng)控制、魯棒控制、大系統(tǒng)等。智能控制的研究雖然取得了一定的成果，但實質(zhì)性進展甚微，應(yīng)用主要是解決技術(shù)問題，對象具體而單一，理論方面的研究進展比較緩慢。今后智能控制理論的研究重點可能集中在以下幾個方面：

3.1 傳統(tǒng)控制理論與人工智能的結(jié)合

現(xiàn)代控制理論已成功地運用于航空、航天等許多領(lǐng)域，但不能完全摒棄傳統(tǒng)的控制理論，如何繼承現(xiàn)代控制理論好的東西，使傳統(tǒng)控制理論與人工智能更好的結(jié)合和優(yōu)化是未來要研究的一個問題。

3.2 重視基礎(chǔ)理論的研究

當(dāng)前智能控制應(yīng)用極為廣泛，但是智能控制理論的研究卻相對滯后，要解決應(yīng)用和理論的結(jié)合，應(yīng)從智能控制的理論框架入手，對智能控制有個普遍遵守的法則，并在這個框架下，研究處理各種知識的一般表達方法，處理解析和知覺推理的方法，以及統(tǒng)一的性能準則問題，今兒探討有關(guān)智能控制的定性分析等。

3.3 提升學(xué)習(xí)研究的能力

智能控制理論系統(tǒng)知識的缺乏是當(dāng)前研究的難點，要解決這一問題，需要研究控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)能力，要進一步結(jié)合認知心理學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)等學(xué)科，深入地研究人在控制方面表現(xiàn)出來的經(jīng)驗、策略和技巧，處理好繼承與創(chuàng)新的關(guān)系。

3.4 智能遞階控制方法的研究

當(dāng)前，智能遞階控制還沒有像大系統(tǒng)理論遞階控制那樣有一個清晰的算法，還沒有一套方法可循。如上下級如何進行協(xié)調(diào)，按照智能控制的遞階原則，最上層智能程度最高，可采用思維推理方法，中間層智能程度次之，它又兼有將最高層推理的定性知識轉(zhuǎn)換給下一級可接受的定量知識，因此可用模糊控制的方法；控制級則可用所有的常規(guī)控制。

當(dāng)前，智能控制已普遍應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航天等眾多領(lǐng)域，世界各國都十分重視智能控制理論的發(fā)展和研究。智能控制理論尚不成熟，智能控制許多技術(shù)還處于研究階段，我們應(yīng)當(dāng)重視和加強智能控制理論的學(xué)習(xí)和研究，建立并完善智能控制的理論體系和系統(tǒng)框架，帶動智能控制學(xué)科的發(fā)展。

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作者單位：紅塔遼寧煙草有限責(zé)任公司沈陽卷煙廠，沈陽 110000