1簡(jiǎn)介
自1971年傅京孫教授提出“智能控制”概念以來，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），在取得豐碩研究和應(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)科交叉的學(xué)科，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。智能控制也是發(fā)展較快的新興學(xué)科，盡管其理論體系還遠(yuǎn)沒有經(jīng)典控制理論那樣成熟和完善，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，受到相關(guān)研究和工程技術(shù)人員的關(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?，理論和技術(shù)也必將得到不斷的發(fā)展和完善。
2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)、通訊技術(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、軍事等幾乎所有領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用;其二是技術(shù)驅(qū)動(dòng)，隨著相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的日新月異，智能控制器行業(yè)作為一個(gè)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)模接近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%，主要是由于這兩大區(qū)域在小型生活電器、汽車、大型生活電器、電動(dòng)工具等領(lǐng)域的市場(chǎng)發(fā)展比較成熟，產(chǎn)品普及率高，未來幾年內(nèi)歐洲和北美將繼續(xù)占有主要市場(chǎng)地位。
智能控制產(chǎn)品在中國等發(fā)展中國家的應(yīng)用仍處于初級(jí)階段，現(xiàn)階段市場(chǎng)規(guī)模不大，但是增長速度較高，擁有巨大的發(fā)展空間。目前我國智能控制器行業(yè)規(guī)模為4200億元，2004年以來的年均增長率接近19%。汽車電子和大型生活電器是中國電子智能控制產(chǎn)品傳統(tǒng)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，目前我國小型生活電器智能控制產(chǎn)品應(yīng)用還不普及，正處于高速發(fā)展階段，市場(chǎng)空間巨大。此外，電動(dòng)汽車、智能建筑及家居等新興領(lǐng)域的崛起也將帶動(dòng)智能控制器需求的快速增長。
智能控制產(chǎn)品行業(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，因此全球智能控制產(chǎn)品行業(yè)總體集中度較低。
3概念
智能控制的基本概念
智能控制的定義一： 智能控制是由智能機(jī)器自主地實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的過程。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。
產(chǎn)生及發(fā)展
自1932年奈魁斯特（H.Nyquist）的有關(guān)反饋放大器穩(wěn)定性論文發(fā)表以來，控制理論的發(fā)展已走過了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)雜性而產(chǎn)生和發(fā)展起來的。
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。1967年，Leondes和Mendel首先正式使用“智能控制”一詞。
20世紀(jì)70年代初，傅京孫、Glofis0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提出了基于模糊語言描述控制規(guī)則的模糊控制器，將模糊集和模糊語言邏輯用于工業(yè)過程控制，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)表的著名論文《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。
詳解
對(duì)許多復(fù)雜的系統(tǒng)，難以建立有效的數(shù)學(xué)模型和用常規(guī)的控制理論去進(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)來引導(dǎo)求解過程。因此，在研究和設(shè)計(jì)智能系統(tǒng)時(shí)，主要注意力不放在數(shù)學(xué)公式的表達(dá)、計(jì)算和處理方面，而是放在對(duì)任務(wù)和現(xiàn)實(shí)模型的描述、符號(hào)和環(huán)境的識(shí)別以及知識(shí)庫和推理機(jī)的開發(fā)上，即智能控制的關(guān)鍵問題不是設(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)境或過程進(jìn)行組織、決策和規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)問題求解。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)推理和決策等有關(guān)技術(shù)。這些問題求解過程與人腦的思維過程有一定的相似性，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)控制和人工智能以及系統(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）結(jié)合起來，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)的最新發(fā)展階段，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)則用于學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)。1985年，在美國首次召開了智能控制學(xué)術(shù)討論會(huì)。1987年又在美國召開了智能控制的首屆國際學(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)科和定量與定性相結(jié)合的分析方法和特點(diǎn)。
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和計(jì)劃、產(chǎn)生以及執(zhí)行控制行為的能力，即稱為智能控制系統(tǒng). 智能控制技術(shù)是在向人腦學(xué)習(xí)的過程中不斷發(fā)展起來的，人腦是一個(gè)超級(jí)智能控制系統(tǒng)，具有實(shí)時(shí)推理、決策、學(xué)習(xí)和記憶等功能，能適應(yīng)各種復(fù)雜的控制環(huán)境.
智能控制與傳統(tǒng)的或常規(guī)的控制有密切的關(guān)系，不是相互排斥的. 常規(guī)控制往往包含在智能控制之中，智能控制也利用常規(guī)控制的方法來解決“低級(jí)”的控制問題，力圖擴(kuò)充常規(guī)控制方法并建立一系列新的理論與方法來解決更具有挑戰(zhàn)性的復(fù)雜控制問題.
1. 傳統(tǒng)的自動(dòng)控制是建立在確定的模型基礎(chǔ)上的，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者模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)在很大的范圍內(nèi)變動(dòng)，比如工業(yè)過程的病態(tài)結(jié)構(gòu)問題、某些干擾的無法預(yù)測(cè)，致使無法建立其模型，這些問題對(duì)基于模型的傳統(tǒng)自動(dòng)控制來說很難解決。
2. 傳統(tǒng)的自動(dòng)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、語言等形式輸出信息。另外，通常的自動(dòng)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它的情況。 為擴(kuò)大信息通道，就必須給自動(dòng)裝置安上能夠以機(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。 可喜的是，近幾年計(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的發(fā)展提供了物質(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)的自動(dòng)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)），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)躲避障礙物運(yùn)動(dòng)到某一預(yù)期目標(biāo)位置的能力等.。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滿足。
4. 傳統(tǒng)的控制理論對(duì)線性問題有較成熟的理論，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，但不盡人意。 而智能控制為解決這類復(fù)雜的非線性問題找到了一個(gè)出路，成為解決這類問題行之有效的途徑。 工業(yè)過程智能控制系統(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)又決定了它與其它智能控制系統(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的獨(dú)特之處。
5. 與傳統(tǒng)自動(dòng)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)象及環(huán)境的有關(guān)知識(shí)以及運(yùn)用這些知識(shí)的能力。
6. 與傳統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)相比，智能控制系統(tǒng)能以知識(shí)表示的非數(shù)學(xué)廣義模型和以數(shù)學(xué)表示的混合控制過程，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)自動(dòng)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)自動(dòng)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)通過智能機(jī)自動(dòng)地完成其目標(biāo)的控制過程，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)
