第一章 緒論

第一節(jié) 控制的分類

一、按照控制的自動(dòng)化程度分類

（一）人工控制

1.人工控制簡(jiǎn)介

定義：人工控制（manual control）是人需要實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)并做出必要的決定，從而控制整個(gè)過(guò)程處于期望的狀態(tài)。例如，人的加入使整個(gè)系統(tǒng)形成閉環(huán)，并完成測(cè)量值、期望條件和最終控制單元的反饋行為三者之間的連接。

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程或生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行中，為了維持正常的工作條件，往往需要對(duì)某些物理量（如溫度、壓力、流量、液位、電壓、位移、轉(zhuǎn)速等）進(jìn)行控制，使其盡量維持在某個(gè)數(shù)值附近，或使其按一定規(guī)律變化。要滿足這種需要，就要對(duì)生產(chǎn)機(jī)械或設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的操作和控制，以抵消外界的擾動(dòng)和影響。這種操作和控制，既可用人工操作來(lái)完成，又可用自動(dòng)裝置的操作來(lái)完成，前者稱為人工控制或手動(dòng)控制，后者稱為自動(dòng)控制。

按照《現(xiàn)代漢語(yǔ)詞典》的解釋，控制是掌握對(duì)象不使其任意活動(dòng)或超出范圍，或使其按控制者的意愿活動(dòng)。

控制由人來(lái)操作，即為人工控制。在生產(chǎn)生活中有很多需要控制的事物，如在冬季，送風(fēng)經(jīng)加熱器加熱后送往恒溫室。為保證恒溫室溫度符合要求，操作人員要隨時(shí)觀察溫度計(jì)的讀數(shù)指示值，并隨時(shí)做出判斷，決定如何操作加熱閥門，然后手動(dòng)調(diào)節(jié)加熱閥門的開度，以滿足室內(nèi)溫度恒定。在此控制過(guò)程中，操作者的工作可分解為三步：

1）測(cè)量：觀看溫度計(jì)檢測(cè)的房間溫度值；

2）比較：判斷當(dāng)前房間溫度實(shí)際測(cè)量值和理想溫度值是否相等，思考是否需要進(jìn)行閥門操作及如何操作；

3）執(zhí)行：根據(jù)思考結(jié)果進(jìn)行閥門操作。

在這個(gè)控制過(guò)程中可以看到，人工控制室溫就是通過(guò)操縱閥門的開度，使得室內(nèi)的溫度保持恒定。在這里，室內(nèi)溫度是被控變量，加熱器的熱流量是操縱變量。人用眼睛看到溫度計(jì)顯示的溫度測(cè)量值，輸入大腦并與給定的理想溫度進(jìn)行比較形成偏差信號(hào)，再根據(jù)偏差的大小判斷需要增大閥門開度還是減小閥門開度，做出決定后輸出控制信號(hào)，手動(dòng)操縱閥門以提高或者降低送風(fēng)的溫度，從而使室內(nèi)溫度接近給定值。

2.應(yīng)用場(chǎng)合

人工控制廣泛應(yīng)用于小而簡(jiǎn)單的控制場(chǎng)合。相比自動(dòng)控制系統(tǒng)而言，人工控制系統(tǒng)的初始投資相對(duì)較少，但其長(zhǎng)期成本通常更高。由于操作員的領(lǐng)域、專長(zhǎng)與水平的不同，以及控制過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的異常情況，最終導(dǎo)致產(chǎn)品的一致性很難得到保證。除非將相當(dāng)部分的功能自動(dòng)化，否則人工的培訓(xùn)和管理成本同樣不可忽視。大多數(shù)控制系統(tǒng)都經(jīng)歷過(guò)從人工控制到自動(dòng)控制的過(guò)程。隨著過(guò)程控制經(jīng)驗(yàn)的逐漸積累，管理者逐步對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)完全自動(dòng)化。

在人工控制系統(tǒng)中，操作員必須同時(shí)完成誤差檢測(cè)和控制兩項(xiàng)任務(wù)，但操作員對(duì)被控量的觀察及控制難以保證一致性和可靠性。通過(guò)閉環(huán)系統(tǒng)和過(guò)程控制策略，可輕易消除人工控制的不足。在現(xiàn)實(shí)世界中，完美的人工控制結(jié)果幾乎是不可能實(shí)現(xiàn)的，實(shí)際上在如今技術(shù)進(jìn)步的條件下，也是沒(méi)有必要的。在控制系統(tǒng)中，一定范圍內(nèi)的較小偏差是可以接受的。比如，一個(gè)溫度為300℃的烤箱和一個(gè)溫度為299.9℃的烤箱的烘烤效果幾乎是一樣的。多數(shù)情況下，我們都會(huì)受到傳感器準(zhǔn)確度和成本的限制，花費(fèi)更高的成本來(lái)實(shí)現(xiàn)一些不必要的高精度是不值得的。

（二）自動(dòng)控制

1.自動(dòng)控制簡(jiǎn)介

定義：自動(dòng)控制（automatic control）是指在沒(méi)有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置，使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行，自動(dòng)控制是相對(duì)人工控制概念而言的。

自動(dòng)控制的前提是沒(méi)有人直接參與，利用外加的設(shè)備或裝置對(duì)某種工藝或參數(shù)進(jìn)行控制。自動(dòng)控制技術(shù)的研究有助于將人類從復(fù)雜、危險(xiǎn)、繁瑣的勞動(dòng)環(huán)境中解放出來(lái)，并大幅度提高控制效率。自動(dòng)控制是工程科學(xué)的一個(gè)分支，它涉及利用反饋原理對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的自動(dòng)影響，以使得輸出值接近目標(biāo)值。

從方法的角度看，它以數(shù)學(xué)的系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)。如今所說(shuō)的自動(dòng)控制的是20世紀(jì)中葉產(chǎn)生的控制論的一個(gè)分支，其基礎(chǔ)的結(jié)論是由諾伯特·維納、魯?shù)婪颉た柭热颂岢龅摹?/p>

2.舉例說(shuō)明

自動(dòng)控制室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)是一個(gè)簡(jiǎn)明易懂的例子，目的是把室內(nèi)溫度保持在一個(gè)定值θ。如果采用自動(dòng)控制，那么通過(guò)對(duì)傳熱閥門的調(diào)節(jié)，溫度就會(huì)保持恒定。而如果采用人工控制，那么人們對(duì)溫度變化的遲滯性，感覺的敏感性、準(zhǔn)確性等都是難以控制的因素。

3.自動(dòng)控制的發(fā)展歷史

最早的自動(dòng)控制要追溯到我國(guó)古代的自動(dòng)化計(jì)時(shí)器和漏壺、指南車，而自動(dòng)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用則開始于歐洲的工業(yè)革命時(shí)期，英國(guó)人瓦特在發(fā)明蒸汽機(jī)的同時(shí)，應(yīng)用反饋原理，于1788年發(fā)明了離心式調(diào)速器。當(dāng)負(fù)載或蒸汽量供給發(fā)生變化時(shí)，離心式調(diào)速器能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥的開度，從而控制蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速。

（1）從控制體系的進(jìn)程來(lái)看

1）第一代過(guò)程控制體系，源于150多年前的基于5～13 psi的氣動(dòng)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的氣動(dòng)控制系統(tǒng)（Pneumatic Control System，PCS）。簡(jiǎn)單的就地操作模式，控制理論初步形成，但尚未有控制系統(tǒng)的完整概念。

2）第二代過(guò)程控制體系，即模擬控制系統(tǒng)（Analog Control System，ACS）是基于改變0～10 mA或4～20 mA的電流模擬信號(hào)予以電信號(hào)控制，這一明顯的進(jìn)步使其在整整25年內(nèi)牢牢地統(tǒng)治了整個(gè)自動(dòng)控制領(lǐng)域，它標(biāo)志著電氣自動(dòng)控制時(shí)代的到來(lái)?？刂评碚撚辛酥卮蟀l(fā)展，控制論的確立奠定了現(xiàn)代控制的基礎(chǔ)。其中控制室的設(shè)立及控制功能分離的模式一直沿用至今。

3）第三代過(guò)程控制體系，即計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（Computer Control System，CCS）。20世紀(jì)70年代開始，數(shù)字計(jì)算機(jī)的應(yīng)用對(duì)控制系統(tǒng)產(chǎn)生了巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，人們?cè)跍y(cè)量、模擬和邏輯控制領(lǐng)域率先使用，從而產(chǎn)生了第三代過(guò)程控制體系。這是自動(dòng)控制領(lǐng)域的一次革命，它充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的特長(zhǎng)，于是人們普遍認(rèn)為計(jì)算機(jī)能做好一切事情，自然而然地產(chǎn)生了被稱為集中控制的中央控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，需要指出的是，系統(tǒng)的信號(hào)傳輸大部分依然沿用4～20 mA的模擬信號(hào)，但時(shí)隔不久人們就發(fā)現(xiàn)，隨著控制的集中和可靠性方面的問(wèn)題，失控的危險(xiǎn)也增加了，稍有不慎就會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。所以它很快發(fā)展成第四代的分布式控制系統(tǒng)。

4）第四代過(guò)程控制體系，即分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS）。隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的飛速發(fā)展和微處理器的普遍使用，計(jì)算機(jī)技術(shù)的可靠性大幅度提升，目前普遍使用的是第四代過(guò)程控制體系（DCS），它的主要特點(diǎn)是整個(gè)控制系統(tǒng)不再是僅有一臺(tái)計(jì)算機(jī)，而是由幾臺(tái)計(jì)算機(jī)和一些智能儀表和智能部件共同構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)。于是分散控制成了最主要的特征。此外，另一個(gè)重要的發(fā)展是它們之間的信號(hào)傳遞也不僅僅依賴于4～20 mA的模擬信號(hào)，而是逐漸地以數(shù)字信號(hào)來(lái)取代模擬信號(hào)。

5）第五代過(guò)程控制體系，即現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System，F(xiàn)CS）。FCS是從DCS發(fā)展而來(lái)的，就像DCS從CCS發(fā)展過(guò)來(lái)一樣，技術(shù)上有了質(zhì)的飛躍。從分散控制發(fā)展到現(xiàn)場(chǎng)總線控制。數(shù)據(jù)的傳輸采用總線方式，但是FCS與DCS的真正的區(qū)別在于FCS有更廣闊的發(fā)展空間。傳統(tǒng)的DCS技術(shù)水平雖然不斷提高，但通信網(wǎng)絡(luò)最低端只達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)控制站一級(jí)，現(xiàn)場(chǎng)控制站與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表、執(zhí)行器之間的聯(lián)系仍采用一對(duì)一傳輸?shù)?～20 mA模擬信號(hào)，成本高、效率低、維護(hù)困難，無(wú)法發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)儀表智能化的潛力，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工作狀態(tài)的全面監(jiān)控和深層次管理。所謂現(xiàn)場(chǎng)總線就是連接智能測(cè)量與控制設(shè)備的全數(shù)字式、雙向傳輸、具有多節(jié)點(diǎn)分支結(jié)構(gòu)的通信鏈路。簡(jiǎn)單地說(shuō)，傳統(tǒng)的控制是一條回路，而FCS是將各個(gè)模塊，如控制器、執(zhí)行器、檢測(cè)器等掛在一條總線上來(lái)實(shí)現(xiàn)通信，當(dāng)然傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)。主要的總線有Profibus（工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，為Process Fieldbus的縮寫，是一種國(guó)際化的、開放的、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通、電力等其他工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域）和LonWorks（一種用于自動(dòng)化控制和監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，由美國(guó)Echelon公司開發(fā)，廣泛應(yīng)用于建筑自動(dòng)化、工業(yè)控制、交通信號(hào)控制等領(lǐng)域）。

（2）從時(shí)間軸來(lái)看

1）20世紀(jì)40年代～20世紀(jì)60年代初期。

發(fā)展的需求動(dòng)力：市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，資源利用，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，適應(yīng)批量生產(chǎn)需要。

主要特點(diǎn)：此階段主要為單機(jī)自動(dòng)化階段，主要特點(diǎn)是各種單機(jī)自動(dòng)化加工設(shè)備慢慢出現(xiàn)，并不斷擴(kuò)大應(yīng)用和向縱深方向發(fā)展。

典型成果和產(chǎn)品：硬件數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床。

2）20世紀(jì)60年代中期～20世紀(jì)70年代初期。

發(fā)展的需求動(dòng)力：市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇，要求產(chǎn)品更新快，產(chǎn)品質(zhì)量高，并適應(yīng)大中批量生產(chǎn)需要和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。

主要特點(diǎn)：此階段主要以自動(dòng)生產(chǎn)線為標(biāo)志，其主要特點(diǎn)是在單機(jī)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，各種組合機(jī)床、組合生產(chǎn)線出現(xiàn)，同時(shí)軟件數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)并用于機(jī)床，CAD、CAM等軟件開始用于實(shí)際工程的設(shè)計(jì)和制造中，此階段硬件加工設(shè)備適合于大中批量的生產(chǎn)和加工。

典型成果和產(chǎn)品：用于鉆、鏜、銑等加工的自動(dòng)生產(chǎn)線。

3）20世紀(jì)70年代中期至今。

發(fā)展的需求動(dòng)力：市場(chǎng)環(huán)境的變化，使多品種、中小批量生產(chǎn)中普遍性問(wèn)題越發(fā)嚴(yán)重，要求自動(dòng)化技術(shù)向其廣度和深度發(fā)展，使其各相關(guān)技術(shù)高度綜合，發(fā)揮整體最佳效能。

主要特點(diǎn)：自20世紀(jì)70年代初期，美國(guó)學(xué)者首次提出計(jì)算機(jī)集成制造（Computer Integrated Manufacturing，CIM）概念至今，自動(dòng)化領(lǐng)域已發(fā)生了巨大變化，其主要特點(diǎn)是CIM已作為一種方法逐步被人們所接受。CIM是一種實(shí)現(xiàn)集成的相應(yīng)技術(shù)，把分散獨(dú)立的單元自動(dòng)化技術(shù)集成為一個(gè)優(yōu)化的整體。對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，應(yīng)根據(jù)需求來(lái)分析并克服現(xiàn)存的瓶頸，從而實(shí)現(xiàn)不斷提高實(shí)力、競(jìng)爭(zhēng)力的思想策略，而作為實(shí)現(xiàn)集成的相應(yīng)技術(shù)，一般認(rèn)為是數(shù)據(jù)獲取、分配、共享，網(wǎng)絡(luò)和通信，車間層設(shè)備控制器，計(jì)算機(jī)硬、軟件的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)等。同時(shí)，并行工程作為一種經(jīng)營(yíng)哲理和工作模式自20世紀(jì)80年代末期開始應(yīng)用并活躍于自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，將進(jìn)一步促進(jìn)單元自動(dòng)化技術(shù)的集成。

典型成果和產(chǎn)品：計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS），柔性制造系統(tǒng)（FMS）。

自動(dòng)控制加工隨著現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)新成果的推出和電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，為適應(yīng)宇航技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制理論跨入了一個(gè)新階段，即現(xiàn)代控制理論。主要研究具有高性能、高精度的多變量參數(shù)的最優(yōu)控制問(wèn)題，主要采用的方法是以狀態(tài)為基礎(chǔ)的狀態(tài)空間法。目前，自動(dòng)控制理論還在繼續(xù)發(fā)展，正朝向以控制論，信息論，仿生學(xué)為基礎(chǔ)的智能控制理論方向深入。

為了實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)，首先要將被控制對(duì)象和控制裝置按照一定的方式連接起來(lái)，組成一個(gè)有機(jī)的整體，這就是自動(dòng)控制系統(tǒng)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，被控對(duì)象的輸出量，即被控量是要求嚴(yán)格加以控制的物理量，它可以要求保持為某一恒定值，例如溫度、壓力或飛行航跡等；而控制裝置則是對(duì)被控對(duì)象施加控制作用的機(jī)構(gòu)的總體，它可以采用不同的原理和方式對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，但最基本的一種是基于反饋控制原理的反饋控制系統(tǒng)。

在反饋控制系統(tǒng)中，控制裝置對(duì)被控對(duì)象施加的控制作用取自被控量的反饋信息，用來(lái)不斷修正被控量和控制量之間的偏差，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控量進(jìn)行控制的任務(wù)，這就是反饋控制的原理。

4.自動(dòng)控制的基本原理

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的眾多領(lǐng)域中，自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。自動(dòng)控制是指在沒(méi)有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱控制裝置或控制器），使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程（統(tǒng)稱被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控制量）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。

自動(dòng)控制理論是研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的科學(xué)。它的發(fā)展初期是以反饋理論為基礎(chǔ)的自動(dòng)調(diào)節(jié)原理，主要用于工業(yè)控制，第二次世界大戰(zhàn)期間為了設(shè)計(jì)和制造飛機(jī)及船用自動(dòng)駕駛儀、火炮定位系統(tǒng)、雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)，以及其他基于反饋原理的軍用設(shè)備，進(jìn)一步促進(jìn)并完善了自動(dòng)控制理論的發(fā)展。

第二次世界大戰(zhàn)后已形成完整的自動(dòng)控制理論體系，這就是以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)的經(jīng)典控制理論，它主要研究單輸入-單輸出、線形定常數(shù)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)。

5.自動(dòng)化技術(shù)產(chǎn)生的價(jià)值

自動(dòng)化技術(shù)的深入發(fā)展，促進(jìn)了單元技術(shù)的不斷綜合，以計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing System，CIMS）為代表的未來(lái)工廠自動(dòng)化技術(shù)正不斷顯示出其巨大的效益，以美國(guó)科學(xué)院根據(jù)對(duì)美國(guó)在CIMS方面較領(lǐng)先的五大公司的長(zhǎng)期調(diào)查分析，認(rèn)為采用先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)，如CIMS可以取得以下效果：

1）使產(chǎn)品質(zhì)量提高了200%～500%；

2）使生產(chǎn)率提高了40%～70%；

3）使設(shè)備利用率提高了200%～300%；

4）使生產(chǎn)周期縮短了30%～60%；

5）使在制品減少了30%～60%；

6）使工程設(shè)計(jì)費(fèi)用減少了15%～30%；

7）使人力費(fèi)用減少了5%～20%；

8）工程師的工作能力提高了300%～350%。

由此可見，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用使其效益明顯提高。

6.自動(dòng)控制的應(yīng)用研究

自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，從開始階段直到形成一個(gè)控制理論，整個(gè)進(jìn)程就是針對(duì)反饋控制系統(tǒng)它是由一個(gè)控制器和一個(gè)控制對(duì)象組成的，將這個(gè)控制對(duì)象的輸出信號(hào)取出，并將其測(cè)量值與所要求的信號(hào)設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)所產(chǎn)生的誤差反饋給控制器，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的工作進(jìn)行調(diào)整，讓控制器完成這個(gè)控制作用，使得這個(gè)偏差消除或者盡可能趨近所要求的信號(hào)值?？刂茖?duì)象的輸出量一般來(lái)說(shuō)都是一個(gè)物理量，例如，要控制一個(gè)機(jī)器的轉(zhuǎn)速，就是需要把速度測(cè)量出來(lái)，將此速度與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)速度進(jìn)行比較，再用其差值去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的自動(dòng)控制。

7.發(fā)展歷程中的典型應(yīng)用

其中的一個(gè)典型應(yīng)用為瓦特的離心調(diào)速器，它是利用執(zhí)行器中的兩個(gè)飛球，當(dāng)執(zhí)行器轉(zhuǎn)速偏高時(shí)，飛球向外張開，下面的套筒就往上升，由于套筒的移動(dòng)帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)反向動(dòng)作，使速度降低，這就是瓦特最早的離心調(diào)速器。受到瓦特離心調(diào)速器的啟發(fā)，當(dāng)時(shí)帶動(dòng)了一系列典型的自動(dòng)控制系統(tǒng)、控制方法和控制理論的發(fā)展，簡(jiǎn)述如下。

（1）調(diào)速器 實(shí)際上瓦特的離心調(diào)速器是受到1788年前后的風(fēng)力磨坊的啟發(fā)瓦特利用其控制原理改良了蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速。進(jìn)入20世紀(jì)后出現(xiàn)了飛機(jī)，斯佩雷（Sperry）利用其原理發(fā)明了陀螺，他將陀螺做成一個(gè)自動(dòng)駕駛儀。

（2）火力控制 1925—1940年，美國(guó)的斯佩雷（Sperry）研制了防空火力控制（anti-aircraft）指揮儀?；鹂刂笓]儀是根據(jù)飛機(jī)的方位角、高低角、前置角來(lái)控制火炮的，當(dāng)時(shí)的術(shù)語(yǔ)叫人工伺服，即通過(guò)指揮儀計(jì)算出炮彈飛到飛機(jī)時(shí)所需要的時(shí)間，從而調(diào)整引信定時(shí)器決定炮彈爆炸所需要的時(shí)間。所以需要高低角、前置角、方位角參數(shù)，再?zèng)Q定定時(shí)爆炸時(shí)間，將敵方飛機(jī)擊中。

（3）指揮儀和伺服系統(tǒng) 到了1940年以后，火力控制系統(tǒng)由貝爾實(shí)驗(yàn)室的工程師帕金森（Parkinson）采用電位計(jì)控制的記錄筆作為指揮儀控制火炮的發(fā)射，促進(jìn)了自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展。

當(dāng)硬盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)里的伺服系統(tǒng)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，使定位可達(dá)到1μm的高準(zhǔn)確度，促使其產(chǎn)量、利潤(rùn)大幅度提升。

（4）汽車防側(cè)滑系統(tǒng) 汽車防側(cè)滑系統(tǒng)的原理是通過(guò)ABS和ASR電子調(diào)節(jié)單元，按照車輛的車輪轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)出的信號(hào)，通過(guò)計(jì)算和分析確定車輪的滑動(dòng)率和車輛駕駛速度，電子調(diào)節(jié)單元通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)氣門的開度和制動(dòng)壓力器來(lái)調(diào)節(jié)車輪的滑動(dòng)率，避免車輛在駕駛的過(guò)程中出現(xiàn)側(cè)滑的現(xiàn)象。但是，有些情況下需要關(guān)閉防側(cè)滑系統(tǒng)，例如，車輛陷入泥潭或越野時(shí)，雨雪天遇到爬坡打滑時(shí)，車輛輪胎安裝防滑鏈時(shí)，以及激烈駕駛或車輛漂移時(shí)。

（5）數(shù)學(xué)領(lǐng)域的判據(jù) 1877年，勞斯以行列式的形式完成了方程式根的性質(zhì)的判據(jù)。1895年，胡爾維茨（Hurwitz）也在不同的情況下完成了方程式根的性質(zhì)的判據(jù)，并應(yīng)用于瑞士達(dá)沃斯電廠的一個(gè)蒸汽機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性理論設(shè)計(jì)中。這被認(rèn)為是真正將控制理論用于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一個(gè)例子，現(xiàn)在已成為用于代數(shù)判據(jù)的理論基礎(chǔ)。

（6）電子振蕩器 負(fù)反饋是1927年由布萊克首先提出的，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期工作的積累，他研究了采用正反饋工作的電子振蕩器。

（7）整定法的發(fā)明 尼可爾斯（Nichols）在20世紀(jì)40年代提出了PID的整定法，在控制理論的參數(shù)整定方面發(fā)明了PID的整定表，一直沿用至今。

（8）控制論的建立 我國(guó)的錢學(xué)森在1954年出版了《工程控制論》；蘇聯(lián)的魯里葉（Lurie）在1951年出版的關(guān)于解決非線性的經(jīng)典著作；波波夫（Popov）于20世紀(jì)40年代后期建立的絕對(duì)穩(wěn)定性（后來(lái)稱為超穩(wěn)定性）理論成為非線性理論基礎(chǔ)一直沿用至今。在這些理論的基礎(chǔ)上逐步完善了現(xiàn)代控制理論。

在現(xiàn)代控制理論發(fā)展的勢(shì)頭上，1981年有人提出“這個(gè)理論沒(méi)有魯棒性”。經(jīng)過(guò)20世紀(jì)80年代的論證，爭(zhēng)議慢慢形成。為什么說(shuō)這個(gè)理論沒(méi)有魯棒性？這個(gè)要從多變量系統(tǒng)說(shuō)起，多變量系統(tǒng)實(shí)際上是多入多出系統(tǒng)，所以單提多變量并不恰當(dāng)。多變量里有一個(gè)問(wèn)題叫作耦合，就是輸入、輸出之間互相耦合?？刂茣r(shí)，直觀的要求就是要解耦控制，解耦控制之后就是一對(duì)一的輸入、輸出可以組成的反饋系統(tǒng)。

（9）解耦設(shè)計(jì) 解耦設(shè)計(jì)實(shí)際上是要求輸入、輸出之間一對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系，用術(shù)語(yǔ)而言就是響應(yīng)特性。在應(yīng)用中要與一個(gè)實(shí)際物理系統(tǒng)相連接，實(shí)際物理系統(tǒng)與數(shù)學(xué)模型無(wú)法完全契合，所以設(shè)計(jì)要允許這兩者有差別，這個(gè)允許差別就叫作魯棒性。因此魯棒性不是一般數(shù)學(xué)問(wèn)題，而是實(shí)際應(yīng)用中提出來(lái)的問(wèn)題，就是解決設(shè)計(jì)到底能不能用的問(wèn)題。

奇異值、魯棒穩(wěn)定性的問(wèn)題，經(jīng)典的控制理論中的帶寬、裕度問(wèn)題，現(xiàn)代控制理論中的特征值、方差和范數(shù)問(wèn)題，這些在線性二次高斯問(wèn)題的最優(yōu)控制（LQG控制）中都屬于現(xiàn)代控制理論的范疇，所采用的實(shí)際計(jì)算工具就是伯德（Bode）圖、奈奎斯特圖和尼可爾斯圖。

（三）智能控制

1.智能控制的基本概念

控制理論發(fā)展至今已有100多年的歷史，經(jīng)歷了經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展階段，已進(jìn)入大系統(tǒng)理論和智能控制理論階段。

智能控制（intelligent controls）是在無(wú)人干預(yù)的情況下能自主驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的自動(dòng)控制技術(shù)。

自1971年以傅京孫教授為代表提出智能控制的概念以來(lái)，智能控制已經(jīng)從二元論（人工智能和控制論）發(fā)展到四元論（人工智能、模糊集理論、運(yùn)籌學(xué)和控制論），甚至多元論。在取得研究和應(yīng)用成果的同時(shí)，智能控制理論也得到不斷的發(fā)展和完善。智能控制是多學(xué)科的交叉學(xué)科系統(tǒng)，它的發(fā)展得益于人工智能、認(rèn)知科學(xué)、模糊集理論和生物控制論等許多學(xué)科的發(fā)展，同時(shí)也促進(jìn)了相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。盡管其理論體系還遠(yuǎn)沒(méi)有經(jīng)典控制理論成熟和完善，但智能控制理論和應(yīng)用研究所取得的成果顯示出其旺盛的生命力，受到世界的特別關(guān)注。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能控制的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩嗤卣?，其理論和技術(shù)也必將得到不斷的完善。

由于世界各國(guó)或各個(gè)科技領(lǐng)域發(fā)展的差異，智能控制無(wú)論在科技領(lǐng)域，還是在工程領(lǐng)域也出現(xiàn)了各自理解的概念和釋義，得出了比較典型的幾種定義。

定義一：智能控制是由智能機(jī)器自主地實(shí)現(xiàn)其控制目標(biāo)的過(guò)程。而智能機(jī)器則定義為，在結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化的，熟悉的或陌生的環(huán)境中，自主地或與人交互地執(zhí)行人類規(guī)定的任務(wù)的一種機(jī)器。

定義二：K. J.奧斯托羅姆則認(rèn)為：把人類具有的直覺推理和試湊法等智能加以形式化或機(jī)器模擬，并用于控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)中，使之在一定程度上實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的智能化，這就是智能控制。他還認(rèn)為自調(diào)節(jié)控制、自適應(yīng)控制就是智能控制的低級(jí)體現(xiàn)。

定義三：智能控制是一類無(wú)需人的干預(yù)就能夠自主地驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的自動(dòng)控制，也是用計(jì)算機(jī)模擬人類智能的一個(gè)重要領(lǐng)域。

定義四：智能控制實(shí)際只是研究與模擬人類智能活動(dòng)及其控制與信息傳遞過(guò)程的規(guī)律，研制具有仿人智能的工程控制與信息處理系統(tǒng)的一個(gè)新興分支學(xué)科。

2.智能控制的產(chǎn)生及發(fā)展進(jìn)程

自1932年奈奎斯特（H. Nyquist）的有關(guān)反饋放大器穩(wěn)定性論文發(fā)表以來(lái)，控制理論的發(fā)展已走過(guò)了60多年的歷程。

一般認(rèn)為，前30年是經(jīng)典控制理論的發(fā)展和成熟階段，后30年是現(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展階段。隨著研究的對(duì)象和系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，借助于數(shù)學(xué)模型描述和分析的傳統(tǒng)控制理論已難以解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制問(wèn)題。智能控制是針對(duì)控制對(duì)象及其環(huán)境、目標(biāo)和任務(wù)的不確定性和復(fù)雜性而應(yīng)運(yùn)而生的。

從20世紀(jì)60年代起，計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)迅速發(fā)展，為了提高控制系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)能力，控制界學(xué)者開始將人工智能技術(shù)應(yīng)用于控制系統(tǒng)。

1965年，美籍華裔科學(xué)家傅京孫教授首先把人工智能的啟發(fā)式推理規(guī)則用于學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)，1966年，Mendel進(jìn)一步在空間飛行器的學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)中應(yīng)用了人工智能技術(shù)，并提出了“人工智能控制”的概念。

20世紀(jì)70年代初，傅京孫、Glofiso和Saridis等學(xué)者從控制論角度總結(jié)了人工智能技術(shù)與自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)控制的關(guān)系，提出了智能控制就是人工智能技術(shù)與控制理論的交叉的思想，并創(chuàng)立了人機(jī)交互式分級(jí)遞階智能控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

20世紀(jì)70年代中期，以模糊集合論為基礎(chǔ)，智能控制在規(guī)則控制研究上取得了重要進(jìn)展。1974年，Mamdani提出了基于模糊語(yǔ)言描述控制規(guī)則的模糊控制器，將模糊集和模糊語(yǔ)言邏輯用于工業(yè)過(guò)程控制，之后又成功地研制出自組織模糊控制器，使得模糊控制器的智能化水平有了較大提高。模糊控制的形成和發(fā)展，以及與人工智能的相互滲透，對(duì)智能控制理論的形成起了十分重要的推動(dòng)作用。

20世紀(jì)80年代，專家系統(tǒng)技術(shù)的逐漸成熟及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，使得智能控制和決策的研究也取得了較大進(jìn)展。1986年，K. J. Astrom發(fā)表的論文《專家控制》中，將人工智能中的專家系統(tǒng)技術(shù)引入控制系統(tǒng)，組成了另一種類型的智能控制系統(tǒng)——專家控制。目前，專家控制方法已有許多成功應(yīng)用的實(shí)例。

3.智能控制理論的建立

對(duì)許多復(fù)雜的系統(tǒng)，難以建立有效的數(shù)學(xué)模型并用常規(guī)的控制理論進(jìn)行定量計(jì)算和分析，而必須采用定量方法與定性方法相結(jié)合的控制方式。定量方法與定性方法相結(jié)合的目的是要由機(jī)器用類似于人的智慧和經(jīng)驗(yàn)來(lái)引導(dǎo)求解過(guò)程。因此，在研究和設(shè)計(jì)智能系統(tǒng)時(shí)，主要注意力不應(yīng)該放在數(shù)學(xué)公式的表達(dá)、計(jì)算和處理方面，而是要放在對(duì)任務(wù)和現(xiàn)實(shí)模型的描述，對(duì)符號(hào)和環(huán)境的識(shí)別，以及知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)的開發(fā)上，即智能控制的關(guān)鍵問(wèn)題不是設(shè)計(jì)常規(guī)控制器，而是研制智能機(jī)器的模型。

此外，智能控制的核心在高層控制，即組織控制。高層控制是對(duì)實(shí)際環(huán)境或過(guò)程進(jìn)行組織、決策和規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)問(wèn)題求解。為了完成這些任務(wù)，需要采用符號(hào)信息處理、啟發(fā)式程序設(shè)計(jì)、知識(shí)表示、自動(dòng)推理和決策等相關(guān)技術(shù)。這些問(wèn)題的求解過(guò)程與人腦的思維過(guò)程有一定的相似性，即具有一定程度的“智能”。

隨著人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)有可能把自動(dòng)控制和人工智能及系統(tǒng)科學(xué)中一些有關(guān)學(xué)科分支（如系統(tǒng)工程、系統(tǒng)學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、信息論等）結(jié)合起來(lái)，建立一種適用于復(fù)雜系統(tǒng)的控制理論和技術(shù)。智能控制正是在這種條件下產(chǎn)生的。它是自動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的階段，也是用計(jì)算機(jī)模擬人類智能進(jìn)行控制的研究領(lǐng)域。1965年，傅京孫首先提出把人工智能的啟發(fā)式推理規(guī)則用于控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。1985年，在美國(guó)首次召開了智能控制學(xué)術(shù)討論會(huì)。1987年又在美國(guó)召開了智能控制的首屆國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，標(biāo)志著智能控制作為一個(gè)新的學(xué)科分支得到承認(rèn)。智能控制具有交叉學(xué)科，以及定量與定性相結(jié)合的分析方法和特點(diǎn)。并且，一個(gè)系統(tǒng)如果具有感知環(huán)境、不斷獲得信息以減小不確定性，以及計(jì)劃、產(chǎn)生和執(zhí)行控制行為的能力，具有類似人的大腦的實(shí)時(shí)推理、決策、學(xué)習(xí)和記憶等功能，即認(rèn)為該系統(tǒng)為智能控制系統(tǒng)。

智能控制與傳統(tǒng)的或常規(guī)的控制有著密切的關(guān)系，常規(guī)控制往往包含在智能控制之中，智能控制也可以利用常規(guī)控制的方法來(lái)解決“低級(jí)”的控制問(wèn)題，通過(guò)擴(kuò)充常規(guī)控制方法并建立一系列新的理論與方法可以解決更具有挑戰(zhàn)性的復(fù)雜控制問(wèn)題。二者的相關(guān)性與差異性如下。

1）傳統(tǒng)的控制建立在確定的模型基礎(chǔ)上，而智能控制的研究對(duì)象則存在模型嚴(yán)重的不確定性，即模型未知或知之甚少，模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)在很大的范圍內(nèi)發(fā)生變動(dòng)，例如工業(yè)過(guò)程的病態(tài)結(jié)構(gòu)問(wèn)題、某些干擾無(wú)法預(yù)測(cè)，致使無(wú)法建立其模型，這些問(wèn)題對(duì)基于模型的傳統(tǒng)自動(dòng)控制來(lái)說(shuō)很難解決。

2）傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的輸入或輸出設(shè)備與人及外界環(huán)境的信息交換很不方便，希望制造出能接受印刷體、圖形甚至手寫體和口頭命令等形式的信息輸入裝置，能夠更加深入而靈活地和系統(tǒng)進(jìn)行信息交流，同時(shí)還要擴(kuò)大輸出裝置的能力，能夠用文字、圖紙、立體形象、語(yǔ)言等形式輸出信息。另外，通常的控制裝置不能接受、分析和感知各種看得見、聽得著的形象、聲音的組合以及外界其他的情況。為擴(kuò)大信息通道，就必須給控制裝置安裝能夠以機(jī)械方式模擬各種感覺的精確的送音器，即文字、聲音、物體識(shí)別裝置。近年來(lái)計(jì)算機(jī)及多媒體技術(shù)的迅速發(fā)展，為智能控制在這一方面提供了物質(zhì)上的準(zhǔn)備，使智能控制變成了多方位“立體”的控制系統(tǒng)。

3）傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)對(duì)控制任務(wù)的要求，要么使輸出量為定值（調(diào)節(jié)系統(tǒng)），要么使輸出量跟隨期望的運(yùn)動(dòng)軌跡（跟隨系統(tǒng)）變化，因此具有控制任務(wù)單一性的特點(diǎn)，而智能控制系統(tǒng)的控制任務(wù)可以比較復(fù)雜，例如在智能機(jī)器人系統(tǒng)中，它要求系統(tǒng)對(duì)一個(gè)復(fù)雜的任務(wù)具有自動(dòng)規(guī)劃和決策的能力，有自動(dòng)躲避障礙物的運(yùn)動(dòng)功能等。對(duì)于這些具有復(fù)雜的任務(wù)要求的系統(tǒng)，采用智能控制的方式便可以實(shí)現(xiàn)。

4）傳統(tǒng)的控制理論對(duì)線性問(wèn)題有較成熟的理論系統(tǒng)，而對(duì)高度非線性的控制對(duì)象雖然有一些非線性方法可以利用，但效果不盡如人意。而智能控制為解決這類復(fù)雜的非線性問(wèn)題找到了一條出路，成為解決這類問(wèn)題行之有效的途徑。工業(yè)過(guò)程智能控制系統(tǒng)除具有上述幾個(gè)特點(diǎn)外，又有另外一些特點(diǎn)，如被控對(duì)象往往是動(dòng)態(tài)的，而且控制系統(tǒng)在線運(yùn)動(dòng)，一般要求有較高的實(shí)時(shí)響應(yīng)速度等，恰恰是這些特點(diǎn)又決定了它與其他智能控制系統(tǒng)如智能機(jī)器人系統(tǒng)、航空航天控制系統(tǒng)、交通運(yùn)輸控制系統(tǒng)等的區(qū)別，決定了它的控制方法以及形式具有獨(dú)特之處。

5）與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，智能控制系統(tǒng)具有足夠的關(guān)于人的控制策略、被控對(duì)象和環(huán)境相關(guān)的知識(shí)，并具備運(yùn)用這些知識(shí)的能力。

6）與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，智能控制系統(tǒng)能以知識(shí)表示非數(shù)學(xué)廣義模型，以數(shù)學(xué)表示混合控制過(guò)程，采用開閉環(huán)控制和定性及定量控制結(jié)合的多模態(tài)控制方式。

7）與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，智能控制系統(tǒng)具有變結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，能總體自尋優(yōu)，具有自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)和自協(xié)調(diào)能力。

8）與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，智能控制系統(tǒng)有補(bǔ)償及自修復(fù)能力和判斷決策能力。

總之，智能控制系統(tǒng)通過(guò)智能機(jī)自動(dòng)地完成其目標(biāo)的控制過(guò)程，其智能機(jī)可以在熟悉或不熟悉的環(huán)境中自動(dòng)地或人—機(jī)交互地完成擬人任務(wù)。

4.智能控制器的發(fā)展

智能控制器是以自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，集成微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、信息傳感技術(shù)、顯示與界面技術(shù)、通信技術(shù)、電磁兼容技術(shù)等諸多技術(shù)而形成的高科技產(chǎn)品。作為核心和關(guān)鍵部件，智能控制器內(nèi)置于設(shè)備、裝置或系統(tǒng)之中，扮演“神經(jīng)中樞”及“大腦”的角色。

20世紀(jì)90年代中期之后，智能控制器行業(yè)日益成熟，作為一個(gè)獨(dú)立的行業(yè)，其發(fā)展受到了雙重動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)：其一是市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)和市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的持續(xù)擴(kuò)大，致使智能控制器至今已經(jīng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家用、軍事等相當(dāng)廣泛的領(lǐng)域中得到了應(yīng)用；其二是科技驅(qū)動(dòng)，隨著相關(guān)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域日新月異的發(fā)展，智能控制器行業(yè)作為新興的高科技行業(yè)得到了飛速發(fā)展。

2012年全球智能控制器行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到6800億美元。從地域分布上看，歐洲和北美市場(chǎng)是智能控制產(chǎn)品的兩大主要市場(chǎng)，市場(chǎng)規(guī)模占全球智能控制市場(chǎng)的56%，由于這兩大區(qū)域在生活電器、汽車、電動(dòng)工具等領(lǐng)域的市場(chǎng)發(fā)展日趨成熟，產(chǎn)品普及率高。

智能控制產(chǎn)品在中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家的應(yīng)用仍處于初始或發(fā)展階段，市場(chǎng)規(guī)模還不大，但是增長(zhǎng)速度較快，擁有巨大的發(fā)展空間。目前，我國(guó)智能控制器行業(yè)自2004年以來(lái)，年均增長(zhǎng)率接近20%。汽車電子和大型生活電器是我國(guó)智能控制產(chǎn)品主要應(yīng)用領(lǐng)域，市場(chǎng)占有率分別為31%和10%左右。小型生活電器產(chǎn)品種類眾多，目前正處于高速發(fā)展階段，市場(chǎng)空間巨大。特別是電動(dòng)汽車、自動(dòng)駕駛汽車、智能建筑及家居等新興領(lǐng)域的崛起，將帶動(dòng)智能控制器需求的快速增長(zhǎng)。

智能控制器行業(yè)由于下游廠商需求分散造成了產(chǎn)品差異較大、產(chǎn)能較分散，因此全球智能控制器行業(yè)總體集中度較低。

5.智能控制的主要特點(diǎn)

智能控制系統(tǒng)同時(shí)具有以知識(shí)表示的非數(shù)學(xué)廣義模型和以數(shù)學(xué)模型表示的混合過(guò)程，也往往是那些含有復(fù)雜性，不完全性，模糊性或不確定性以及不存在已知算法的非數(shù)學(xué)過(guò)程，并以知識(shí)進(jìn)行推理，以啟發(fā)引導(dǎo)求解過(guò)程。

6.智能控制的結(jié)構(gòu)理論

智能控制（Intelligence Control，IC）的結(jié)構(gòu)理論包括：IC=AI∩AC∩OR，∩表示交集。

1）人工智能（Artificial Intelligence，AI）：是一個(gè)知識(shí)處理系統(tǒng)，具有記憶、學(xué)習(xí)、信息處理、形式語(yǔ)言、啟發(fā)式推理等功能；

2）自動(dòng)控制（Automatic Control，AC）：描述系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性，是一種動(dòng)態(tài)反饋；

3）運(yùn)籌學(xué)（Operation Research，OR）：是一種定量?jī)?yōu)化方法，如線性規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、調(diào)度、管理、優(yōu)化決策和多目標(biāo)優(yōu)化方法等；

4）智能控制的結(jié)構(gòu)理論：智能控制就是應(yīng)用人工智能的理論與技術(shù)和運(yùn)籌學(xué)的優(yōu)化方法，并將其同控制理論方法與技術(shù)相結(jié)合，在未知環(huán)境下，效仿人的智能，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。

可見，智能控制代表著自動(dòng)控制學(xué)科發(fā)展的最新進(jìn)程。

7.智能控制研究對(duì)象的特點(diǎn)

智能控制的研究對(duì)象具備以下的一些特點(diǎn)：

1）不確定性的模型：智能控制的研究對(duì)象通常存在嚴(yán)重的不確定性。這里所說(shuō)的模型不確定性包含兩層意思：一是對(duì)模型未知或知之甚少；二是模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)可能在很大范圍內(nèi)發(fā)生變化。

2）高度的非線性：對(duì)于具有高度非線性的控制對(duì)象，采用智能控制的方法往往可以較好地解決非線性系統(tǒng)的控制問(wèn)題。

3）復(fù)雜的任務(wù)要求：對(duì)于智能控制系統(tǒng)，任務(wù)的要求往往比較復(fù)雜。

8.智能控制系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合

1）應(yīng)用的實(shí)際系統(tǒng)由于存在復(fù)雜性、非線性、時(shí)變性、不確定性和不完全性等，一般無(wú)法獲得精確的數(shù)學(xué)模型。

2）應(yīng)用傳統(tǒng)控制理論進(jìn)行控制必須提出并遵循一些比較苛刻的線性化假設(shè)，而這些假設(shè)在應(yīng)用中往往與實(shí)際情況不相吻合。

3）對(duì)于某些復(fù)雜的和包含不確定性的控制過(guò)程，根本無(wú)法用傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型來(lái)表示，即無(wú)法解決建模問(wèn)題。

為了提高控制性能，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)可能變得很復(fù)雜，從而增加了設(shè)備的投資，減低了系統(tǒng)的可靠性。

9.智能控制在各行業(yè)中的應(yīng)用案例

（1）工業(yè)過(guò)程中的智能控制 生產(chǎn)過(guò)程的智能控制主要包括兩個(gè)方面：局部級(jí)和全局級(jí)。局部級(jí)的智能控制是指將智能引入工藝過(guò)程中的某一單元進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)，例如智能PID控制器、專家控制器、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制器等。研究熱點(diǎn)是智能PID控制器，因?yàn)槠湓趨?shù)的整定和在線自適應(yīng)調(diào)整方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，且可用于控制一些非線性的復(fù)雜對(duì)象。全局級(jí)的智能控制主要針對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化，包括整個(gè)操作工藝的控制、過(guò)程的故障診斷、規(guī)劃過(guò)程操作處理異常等。

（2）機(jī)械制造中的智能控制 在現(xiàn)代先進(jìn)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(lái)解決難以預(yù)測(cè)或無(wú)法預(yù)測(cè)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。智能控制隨之也被廣泛地應(yīng)用于機(jī)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(duì)制造過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)環(huán)境建模，利用傳感器融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行信息的預(yù)處理和綜合?？刹捎脤＜蚁到y(tǒng)的“Then-If”逆向推理作為反饋機(jī)構(gòu)，修改控制機(jī)構(gòu)或者選擇較好的控制模式和參數(shù)。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(jī)構(gòu)來(lái)選擇控制動(dòng)作。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(jìn)行在線的模式識(shí)別，處理那些可能殘缺不全的信息。

（3）電力電子學(xué)研究領(lǐng)域中的智能控制 電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)等電機(jī)電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)行、控制是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，國(guó)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(jì)、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(jìn)的優(yōu)化算法，采用此方法來(lái)對(duì)電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，可以降低成本，縮短計(jì)算時(shí)間，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。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)。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(diǎn)之一。