Conceptos básicos de control inteligente
Definición de control inteligente 1: El control inteligente es un proceso en el que las máquinas inteligentes alcanzan objetivos de forma independiente. Las máquinas inteligentes se definen como máquinas que realizan tareas especificadas por humanos de forma autónoma o interactiva en entornos estructurados o no estructurados, familiares o desconocidos.
Definición 2: K.J. Hostaux Romer cree que la inteligencia humana, como el razonamiento intuitivo y los métodos de prueba y error, deben formalizarse o simularse y utilizarse en el análisis y diseño de sistemas de control, logrando así la inteligencia de los sistemas de control. Hasta cierto punto, esto es un control inteligente. También cree que el control autoajustable y el control adaptativo son manifestaciones de bajo nivel de control inteligente.
Definición 3: El control inteligente es un tipo de control automático que puede impulsar máquinas inteligentes para lograr objetivos sin intervención manual. También es un campo importante en el uso de computadoras para simular la inteligencia humana.
Definición 4: El control inteligente es en realidad solo una nueva rama que estudia y simula las reglas de las actividades inteligentes humanas y sus procesos de control y transmisión de información, y desarrolla sistemas de procesamiento de información y control de ingeniería con inteligencia similar a la humana.
Generación y desarrollo
Desde la publicación del artículo de H. Nyquist sobre la estabilidad de los amplificadores de retroalimentación en 1932, el desarrollo de la teoría del control ha transcurrido durante más de 60 años. En términos generales, los primeros 30 años son la etapa de desarrollo y madurez de la teoría de control clásica, y los últimos 30 años son la etapa de formación y desarrollo de la teoría de control moderna. A medida que los objetos y sistemas de investigación se vuelven cada vez más complejos, la teoría de control tradicional que utiliza modelos matemáticos para describir y analizar tiene dificultades para resolver los problemas de control de sistemas complejos. El control inteligente se genera y desarrolla en respuesta a la incertidumbre y complejidad del objeto controlado y su entorno, objetivos y tareas.
Desde la década de 1960, la tecnología informática y la tecnología de inteligencia artificial se han desarrollado rápidamente. Para mejorar la capacidad de autoaprendizaje de los sistemas de control, los estudiosos del control comenzaron a aplicar tecnología de inteligencia artificial a los sistemas de control.
En 1965, el profesor Fu, un científico chino-estadounidense, aplicó por primera vez las reglas de razonamiento heurístico de la inteligencia artificial a un sistema de control del aprendizaje. En 1966, Mendel aplicó aún más la tecnología de inteligencia artificial al sistema de control de aprendizaje de las naves espaciales y propuso el concepto de "control de inteligencia artificial". En 1967, Leondes y Mendel utilizaron formalmente por primera vez el término "control inteligente".
A principios de la década de 1970, académicos como Fu, Glofis0 y Saridis resumieron la relación entre la tecnología de inteligencia artificial y el control adaptativo, autoorganizado y de autoaprendizaje desde la perspectiva de la cibernética, y propusieron que el control inteligente es inteligencia artificial Se establece la idea de la intersección de la tecnología y la teoría de control, y se establece la estructura del sistema de control inteligente jerárquico de la interacción persona-computadora.
A mediados de la década de 1970, el control inteligente basado en la teoría de conjuntos difusos logró grandes avances en la investigación del control de reglas. En 1974, Mamdani propuso un controlador difuso basado en reglas de control de descripción de lenguaje difuso, aplicó conjuntos difusos y lógica de lenguaje difuso al control de procesos industriales, y luego desarrolló con éxito un controlador difuso autoorganizado, que mejoró enormemente el nivel de inteligencia del controlador difuso. . La formación y desarrollo del control difuso y su mutua penetración con la inteligencia artificial han jugado un papel muy importante en la promoción de la formación de la teoría del control inteligente.
En la década de 1980, con la madurez gradual de la tecnología de sistemas expertos y el rápido desarrollo de la tecnología informática, la investigación sobre el control inteligente y la toma de decisiones ha logrado grandes avances. 65438-0986 En el famoso artículo "Expert Control" publicado por K.J. Astrom, se introdujo la tecnología de sistema experto en inteligencia artificial en el sistema de control, formando otro tipo de sistema de control inteligente: el control experto. Actualmente, existen muchos ejemplos exitosos de métodos de control expertos.
Notas detalladas
Para muchos sistemas complejos, es difícil establecer modelos matemáticos efectivos y es difícil utilizar la teoría de control convencional para el cálculo y análisis cuantitativos. Se deben utilizar métodos cuantitativos y cualitativos. El propósito de combinar métodos cuantitativos y métodos cualitativos es que las máquinas utilicen sabiduría y experiencia similares a las de los humanos para guiar el proceso de solución. Por tanto, en la investigación y diseño de sistemas inteligentes, el foco principal no está en la expresión, cálculo y procesamiento de fórmulas matemáticas, sino en la descripción de tareas y modelos de realidad, la identificación de símbolos y entornos, y el desarrollo de bases de conocimiento. y motores de inferencia. Es decir, la cuestión clave en el control inteligente no es diseñar un controlador convencional, sino desarrollar un modelo de máquina inteligente. Además, el núcleo del control inteligente es el control de alto nivel, es decir, el control organizacional. El control de alto nivel es la organización, toma de decisiones y planificación del entorno o proceso real para resolver problemas. Para lograr estas tareas, necesitamos adoptar algunas tecnologías relacionadas, como el procesamiento de información simbólica, la programación heurística, la representación del conocimiento, el razonamiento automático y la toma de decisiones. El proceso de resolución de estos problemas es similar al proceso de pensamiento del cerebro humano, es decir, tiene cierto grado de "inteligencia".
Con el desarrollo de la inteligencia artificial y la tecnología informática, es posible combinar el control automático con la inteligencia artificial y algunas ramas relacionadas de la ciencia de sistemas (como la ingeniería de sistemas, la sistemática, la investigación de operaciones y la teoría de la información) para establecer un sistema. Un tipo de teoría y tecnología de control adecuada para sistemas complejos. En esta situación nace el control inteligente. Es la última etapa de desarrollo de la tecnología de control automático y también es un campo de investigación que utiliza computadoras para simular la inteligencia humana para el control. En 1965, Fu propuso por primera vez aplicar reglas de razonamiento heurístico de la inteligencia artificial a los sistemas de control del aprendizaje. En 1985 se celebró por primera vez en Estados Unidos el Seminario de Control Inteligente. En 1987 se celebró en Estados Unidos la primera Conferencia Académica Internacional sobre Control Inteligente, que marcó el reconocimiento del control inteligente como una nueva rama temática. El control inteligente se caracteriza por métodos de análisis interdisciplinarios y cuantitativos y cualitativos.
Si un sistema tiene la capacidad de detectar el entorno y obtener información continuamente para reducir la incertidumbre y planificar, generar y ejecutar acciones de control, se denomina sistema de control inteligente. La tecnología de control inteligente se desarrolla continuamente en el proceso de aprendizaje del cerebro humano. Es un sistema de control súper inteligente con funciones de razonamiento, toma de decisiones, aprendizaje y memoria en tiempo real que puede adaptarse a diversos entornos de control complejos.
El control inteligente está estrechamente relacionado con el control tradicional o convencional y no son excluyentes entre sí. El control convencional a menudo se incluye en el control inteligente, y el control inteligente también utiliza métodos de control convencionales para resolver problemas de control de "bajo nivel", tratando de expandir los métodos de control convencionales y establecer una serie de nuevas teorías y métodos para resolver controles más desafiantes y complejos. pregunta.
1. El control automático tradicional se basa en un determinado modelo, mientras que el objeto de investigación del control inteligente tiene una gran incertidumbre en el modelo, es decir, cuando el modelo se desconoce o no se comprende bien, la estructura y los parámetros del modelo. Se producen cambios a gran escala, como la estructura patológica de los procesos industriales y la imprevisibilidad de determinadas perturbaciones, que hacen imposible modelarlas. Estos problemas son difíciles de resolver con el control automático tradicional basado en modelos.
2. Los dispositivos de entrada o salida de los sistemas de control automático tradicionales son inconvenientes para intercambiar información con las personas y el entorno externo. Esperamos crear un dispositivo de entrada de información que pueda aceptar comandos impresos, gráficos e incluso escritos a mano y hablados, y que pueda comunicarse con el sistema de manera más profunda y flexible. Al mismo tiempo, debemos ampliar la capacidad de los dispositivos de salida para generar información en forma de texto, imágenes, imágenes tridimensionales y lenguaje. Además, los equipos de automatización ordinarios no pueden aceptar, analizar y percibir diversas imágenes visibles y audibles, combinaciones de sonido y otras condiciones externas. Para ampliar los canales de información, es necesario instalar en el dispositivo automático un transmisor de sonido preciso que pueda simular mecánicamente diversas sensaciones, es decir, dispositivos de reconocimiento de texto, sonido y objetos. Afortunadamente, el rápido desarrollo de la tecnología informática y multimedia en los últimos años ha proporcionado la preparación material para el desarrollo del control inteligente en esta área, haciendo del control inteligente un sistema de control multidireccional "tridimensional".
3. El sistema de control automático tradicional requiere que la salida sea un valor fijo (sistema de regulación) o que siga la trayectoria deseada (sistema de seguimiento), por lo que tiene las características de una única tarea de control, mientras que el Las tareas de control de los sistemas de control inteligentes pueden ser más complejas.
Por ejemplo, en un sistema de robot inteligente, se requiere que el sistema tenga la capacidad de planificar y tomar decisiones automáticamente sobre tareas complejas, así como la capacidad de evitar obstáculos automáticamente y moverse a una ubicación objetivo esperada. Para sistemas con requisitos de tareas complejos, se puede utilizar el control inteligente para cumplir con estos requisitos.
4. La teoría de control tradicional ya tiene teorías maduras para problemas lineales y se pueden utilizar algunos métodos no lineales para objetos controlados altamente no lineales, pero no son satisfactorios. El control inteligente ha encontrado una manera de resolver problemas no lineales tan complejos y se ha convertido en una forma eficaz de resolverlos. Además de las características anteriores, los sistemas de control inteligente de procesos industriales también tienen otras características. Por ejemplo, los objetos controlados suelen ser dinámicos y el sistema de control se mueve en línea, lo que generalmente requiere una alta velocidad de respuesta en tiempo real. Son estas características las que lo diferencian de otros sistemas de control inteligentes, como sistemas de robots inteligentes, sistemas de control aeroespacial, sistemas de control de transporte, etc. , y sus métodos y formas de control únicos.