1、智能限制的開展趨勢和應(yīng)用學(xué)號(hào)0000000姓名*老師鐘春富摘要：描述了智能限制產(chǎn)生的歷史以及全世界對(duì)于智能限制有研究的多個(gè)國家在智能限制的研究方向以及研究水平,介紹了智能限制的開展趨勢以及智能限制開展面臨的問題,詳述了智能限制的主要研究方向,說明了智能限制的應(yīng)用方向以及具體應(yīng)用,展望了智能限制的開展前景以及對(duì)于社會(huì)生產(chǎn)和日常生活的積極意義.關(guān)鍵詞：智能限制、模糊限制、神經(jīng)網(wǎng)限制、專家限制、智能化.一、智能限制的產(chǎn)生人類的進(jìn)化歸根結(jié)底是智能的進(jìn)化,而智能反過來又為人類的進(jìn)步效勞.我們學(xué)習(xí)與研究智能系統(tǒng)、智能機(jī)器人和智能限制等,其目的就在于創(chuàng)造和應(yīng)用智能技術(shù)和智能系統(tǒng),從而為人類進(jìn)步效勞.因此,可

2、以說對(duì)智能限制的鐘情、期待、開發(fā)和應(yīng)用,是科技開展和人類進(jìn)步的必然趨勢.在科學(xué)技術(shù)開展史上,限制科學(xué)同其他技術(shù)科學(xué)一樣,它的產(chǎn)生與開展主要由人類的生產(chǎn)開展需求和人類當(dāng)時(shí)的知識(shí)水平所決定和限制的.20世紀(jì)以來,特別是第二次世界大戰(zhàn)以來,限制科學(xué)與技術(shù)得到了迅速的開展,由研究單輸入單輸出被控對(duì)象的經(jīng)典限制理論,開展成了研究多輸入多輸出被控對(duì)象的現(xiàn)代限制理論.1948年,美國著名的限制論創(chuàng)始人維納(N.Wiener)在他的?限制論?中第一次把動(dòng)物和機(jī)器相提并論,引起哲學(xué)界的軒然大波,有人罵限制論是“偽科學(xué).直到1954年錢學(xué)森博士在?工程限制論?中系統(tǒng)地揭示了限制論這一新興學(xué)科對(duì)電子通訊、航空航天和

3、機(jī)械制造工業(yè)等領(lǐng)域的重要意義和深遠(yuǎn)影響后,反限制論的熱潮才逐漸開始平息.20世紀(jì)60年代,由于空間技術(shù),海洋技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)開展的需要,控制領(lǐng)域面臨著被控對(duì)象的復(fù)雜性和不確定性,以及人們對(duì)限制性能要求越來越高的挑戰(zhàn).被控對(duì)象的復(fù)雜性和不確定性表現(xiàn)為對(duì)象特性的高度非線性和不確定性,高噪聲干擾,系統(tǒng)工作點(diǎn)動(dòng)態(tài)突變性,以及分散的傳感元件與執(zhí)行元件,分層和分散的決策機(jī)構(gòu),復(fù)雜的信息模式和龐大的數(shù)據(jù)量.面對(duì)復(fù)雜的對(duì)象,復(fù)雜的環(huán)境和復(fù)雜的任務(wù),用傳統(tǒng)限制(即經(jīng)典限制和現(xiàn)代限制)的理論和方法去解決是不可能的.其原因有三:第一,傳統(tǒng)限制理論都是建立在微積分為工具的精確模型上的,而復(fù)雜系統(tǒng)的復(fù)雜性和不確定性都難

4、以用精確的數(shù)學(xué)模型描述,否那么就會(huì)使原問題喪失很多有用的信息.例如：用筷子夾取食物放入口中,這套看似簡單的動(dòng)作,如果我們要把這一系列的動(dòng)作和環(huán)境建立出精確的數(shù)學(xué)模型,然后再一步步按模型去操作,可以想象其過程何等地難以實(shí)現(xiàn)！第二,傳統(tǒng)的限制理論雖然也有方法對(duì)付限制對(duì)象的不確定性和復(fù)雜性,如自適應(yīng)限制和Robust限制可以克服系統(tǒng)中所包含的不確定性,到達(dá)優(yōu)化限制的目的,但他們僅使用于系統(tǒng)參數(shù)在一定范圍內(nèi)緩慢變化的情況,其優(yōu)化限制的范圍是很弱的.第三,傳統(tǒng)的限制系統(tǒng)要求輸入的信息比擬單一,而現(xiàn)代的限制系統(tǒng)要面對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)以各種形式一一視覺的、聽覺的、觸覺的和直接操作的方式,將周圍環(huán)境信息作為輸入的狀況

5、,并將各種信息進(jìn)行融合,分析和推理,再隨環(huán)境與條件的變化,相應(yīng)地采取對(duì)策或行動(dòng),由此智能限制應(yīng)運(yùn)而生.人們?cè)趯?shí)踐中觀察到人類具有很強(qiáng)的學(xué)習(xí)和適應(yīng)周圍環(huán)境的水平.有些復(fù)雜的系統(tǒng),憑人的知覺和經(jīng)驗(yàn)很好的進(jìn)行操作并到達(dá)理想的結(jié)果,這就產(chǎn)生了,新的、具有遠(yuǎn)大前程的智能限制理論.智能限制理論是對(duì)傳統(tǒng)限制理論的開展,傳統(tǒng)限制是智能限制的一個(gè)組成局部,是智能限制的低級(jí)階段.因此,智能限制理論無疑是限制理論開展的高級(jí)階段.在這個(gè)意義上,傳統(tǒng)限制和智能限制可以統(tǒng)一在智能限制的框架下.1985年IEEE美國電氣和電子工程師協(xié)會(huì)在美國召開了第一屆智能限制學(xué)術(shù)會(huì)議,1987年在美國IEEE限制系統(tǒng)學(xué)會(huì)與計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)召開

6、了智能限制的第一次國際會(huì)議,標(biāo)志著智能限制有了長足的開展.隨后一些國際學(xué)術(shù)組織如IFAC等定期或不定期地舉辦各類有關(guān)智能限制的國際學(xué)術(shù)會(huì)議或研討會(huì),說明智能限制理論在不斷的開展.我國已經(jīng)分別于1993年、1997年、2000年、2002年組織召開了四屆全球智能限制與自動(dòng)化大會(huì)WCI.CA,已成立的學(xué)術(shù)團(tuán)體有中國人工智能學(xué)會(huì),計(jì)算機(jī)視覺與智能限制學(xué)會(huì),中國智能機(jī)器人專業(yè)委員會(huì)和中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)智能自動(dòng)化專業(yè)委員會(huì)等,這些情況說明,智能限制作為一門獨(dú)立的新學(xué)科,已經(jīng)在我國建立起來.應(yīng)該指出,在模糊限制、仿人智能限制等方面的研究,我國已經(jīng)形成了自己的特色,為開展、完善和推動(dòng)智能限制的研究起到了較大的促

7、進(jìn)作用.智能限制的定義：智能限制至今為止并沒有一個(gè)公認(rèn)的、統(tǒng)一的定義.我們?yōu)榱颂骄恐悄芟拗频母拍詈图夹g(shù),開發(fā)智能限制新的性能和性能和方法,比擬不同研究者和不同國家的成果,就要求對(duì)智能限制有某些共同的理解下面提出的是被廣泛接受的關(guān)于智能限制的定義.所謂智能限制,即設(shè)計(jì)一個(gè)限制器或系統(tǒng),使之具有學(xué)習(xí)、抽象、推理、決策等功能,并能根據(jù)環(huán)境包括被控對(duì)象或被控過程信息的變化作出適應(yīng)性反響,從而實(shí)現(xiàn)由人來完成的任務(wù).智能限制在無人干預(yù)的情況下能自主地驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)限制目標(biāo)的自動(dòng)限制技術(shù).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方案、產(chǎn)生以及執(zhí)行限制行為的水平,即稱為智能限制系統(tǒng).智能限制技

8、術(shù)是在向人腦學(xué)習(xí)的過程中不斷開展起來的,人腦是一個(gè)超級(jí)智能限制系統(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)雜的限制環(huán)境.隨著計(jì)算機(jī)、材料、能源等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速開展和生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大,形成了復(fù)雜的限制系統(tǒng),導(dǎo)致了限制對(duì)象、限制器、限制任務(wù)等更加復(fù)雜.與此同時(shí),對(duì)自動(dòng)化程度的要求也更加廣泛,面對(duì)來自柔性限制系統(tǒng)FMS、智能機(jī)器人系IRS、數(shù)控系統(tǒng)CNS、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS等復(fù)雜系統(tǒng)的挑戰(zhàn),經(jīng)典的與現(xiàn)代的限制理論和技術(shù)已不適應(yīng)復(fù)雜系統(tǒng)的限制.智能限制是在限制論、信息論、人工智能、仿生學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的根底上逐漸形成的一類高級(jí)信息與限制技術(shù).智能限制突破了傳統(tǒng)

9、限制理論中必須基于數(shù)學(xué)模型的框架,它根本上按實(shí)際效果進(jìn)行限制,不依賴或不完全依賴于限制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型,又繼承了人類思維的非線性特性.某些智能限制方法還具有在線辨識(shí)、決策或總體自尋優(yōu)的水平和分層信息處理、決策的功能.、智能限制的開展趨勢智能限制的研究內(nèi)容智能限制是限制理論、人工智能(AI)和計(jì)算機(jī)科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物.智能限制系統(tǒng)是在限制論、信息論、人工智能、仿生學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)開展的根底上逐漸形成的一類高級(jí)信息與限制系統(tǒng).智能限制突破了傳統(tǒng)限制理論中必須基于微分方程為根底的數(shù)學(xué)模型框架,根本上按實(shí)際效果進(jìn)行限制,演繹了以離散型數(shù)據(jù)為樣本的非線性特性.某些智能限制方法還具有在線辨識(shí)、決策或

10、總體自尋優(yōu)的水平和分層信息處理、決策的功能.結(jié)合具體的工業(yè)生產(chǎn)過程,各種智能限制系統(tǒng)正在發(fā)揮巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益.最初人們認(rèn)為智能限制是自動(dòng)限制理論(AC)與人工智能(AI)或AC、AI與運(yùn)籌學(xué)(OR)的結(jié)合,但事實(shí)上智能限制是一門仍在不斷豐富和開展中的具有眾多學(xué)科集成特點(diǎn)的科學(xué)與技術(shù).它不僅包含了AC、AI、OR、系統(tǒng)理論(ST)和計(jì)算機(jī)科學(xué)(cs)的內(nèi)容,而且還從生物學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、協(xié)同學(xué)及人類知識(shí)理論等學(xué)科中吸取了豐富的營養(yǎng).目前,關(guān)于智能限制的主要研究內(nèi)容有：自適應(yīng)限制(AdaptiveContr01)、模糊控制(FuzzyContr01)、神經(jīng)網(wǎng)限制(NeuralNet.base

11、dContr01)、基于知識(shí)的控O(KnowledgeBasedContr01)或?qū)＜蚁拗?EXpertContr01)、復(fù)合智能控偌tJ(HybridIntelligentContr01)、學(xué)習(xí)控帶lJ(1eamingContr01)和基于進(jìn)化機(jī)制的控帶lJ(EvolutionaryMechanismBasedContr01)o這些有的已在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程的智能限制與智能自動(dòng)化投入實(shí)際應(yīng)用.1、模糊限制利用模糊數(shù)學(xué)的根本思想和理論的限制方法.在傳統(tǒng)的限制領(lǐng)域里,限制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模式的精確與否是影響限制優(yōu)劣的最主要關(guān)鍵,系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的信息越詳細(xì),那么越能到達(dá)精確限制的目的.然而,對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng),由于變

12、量太多,往往難以正確的描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài),于是工程師便利用各種方法來簡化系統(tǒng)動(dòng)態(tài),以達(dá)成限制的目的,但卻不盡理想.換言之,傳統(tǒng)的限制理論對(duì)于明確系統(tǒng)有強(qiáng)而有力的限制水平,但對(duì)于過于復(fù)雜或難以精確描述的系統(tǒng),那么顯得無能為力了.因此便嘗試著以模糊數(shù)學(xué)來處理這些限制問題.模糊限制是采用模糊語言限制律把基于專家知識(shí)的限制策略轉(zhuǎn)換為自動(dòng)限制具體策略的限制,其根本思想是把人類專家對(duì)特定的被控對(duì)象或過程的限制策略總結(jié)成一系列的“IF(條件).THEN(作用)的形式表示的限制規(guī)律,通過模糊推理得到限制作用集,作用與被控對(duì)象或過程.目前,模糊限制技術(shù)已經(jīng)日趨成熟,穩(wěn)定性分析問題正得到解決,模糊芯片已經(jīng)研制成功,其

13、功能不斷增強(qiáng),本錢不斷下降,模糊開發(fā)軟件包不斷涌現(xiàn),直接應(yīng)用模糊芯片開發(fā)產(chǎn)品已成為一種趨勢.2、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)限制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)限制是20世紀(jì)80年代末期開展起來的自動(dòng)限制領(lǐng)域的前沿學(xué)科之一.它是智能限制的一個(gè)新的分支,為解決復(fù)雜的非線性、不確定、不確知系統(tǒng)的限制問題開辟了新途徑.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)限制是(人工)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論與限制理論相結(jié)合的產(chǎn)物,是開展中的學(xué)科.它聚集了包括數(shù)學(xué)、生物學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、腦科學(xué)、遺傳學(xué)、人工智能、計(jì)算機(jī)科學(xué)、自動(dòng)限制等學(xué)科的理論、技術(shù)、方法及研究成果.在限制領(lǐng)域,將具有學(xué)習(xí)水平的限制系統(tǒng)稱為學(xué)習(xí)限制系統(tǒng),屬于智能限制系統(tǒng).神經(jīng)限制是有學(xué)習(xí)水平的,屬于學(xué)習(xí)限制,是智能限制的一個(gè)分支.神經(jīng)

14、網(wǎng)絡(luò)限制是模擬人類神經(jīng)中樞系統(tǒng)智能活動(dòng)的一種限制方式.由于它具有自適應(yīng)水平和自學(xué)水平,因此適合于復(fù)雜系統(tǒng)智能限制的研究工具.神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)利用神經(jīng)元之間的聯(lián)結(jié)與權(quán)值進(jìn)行自我學(xué)習(xí),以逼近理論為依據(jù)進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模.并以直接自校正限制、間接自校正限制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測限制等方式實(shí)現(xiàn)智能限制,初步實(shí)現(xiàn)了生物神經(jīng)系統(tǒng)的局部功能.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有的非線性映射水平、并行計(jì)算水平、自學(xué)習(xí)水平以及強(qiáng)魯棒性等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于限制領(lǐng)域,尤其是非線性限制領(lǐng)域.3、專家限制專家式限制系統(tǒng),或叫做專家限制系統(tǒng)(expertcontrolsystem,ECS)它已廣泛應(yīng)用于故障診斷、工業(yè)設(shè)計(jì)和過程限制,為解決工業(yè)限制難題提供一種新

15、的方法,是實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程限制的重要技術(shù).專家限制是在將專家的理論和技術(shù)同限制理論及方法有機(jī)結(jié)合的根底上,在未知環(huán)境模仿專家的智能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的有效限制.根據(jù)專家系統(tǒng)技術(shù)在限制系統(tǒng)中應(yīng)用的復(fù)雜程度,可分為專家限制系統(tǒng)和專家式限制器兩種主要形式.專家限制系統(tǒng)具有全面的專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu),完善的知識(shí)處理功能和實(shí)時(shí)限制的可靠功能,知識(shí)庫龐大,推理復(fù)雜等特點(diǎn).專家式限制器多為工業(yè)專家限制器,知識(shí)庫較小,推理機(jī)制簡單,著重于啟發(fā)式控制知識(shí)的開發(fā),具有實(shí)時(shí)算法和邏輯功能.專家限制的核心是專家系統(tǒng),它具有處理各種非結(jié)構(gòu)性問題,尤其是處理定性的、啟發(fā)式的或不確定性的知識(shí)信息,經(jīng)過各種推理過程到達(dá)系統(tǒng)的限制目標(biāo).智能限制研

16、究所面臨的問題與挑戰(zhàn)首先,智能限制的應(yīng)用研究目標(biāo)和主攻方向不夠明確.作為應(yīng)用研究和應(yīng)用根底研究,智能限制在于尋求有別于傳統(tǒng)限制的、新的實(shí)用限制技術(shù).離開了實(shí)際而紙上談兵,那就不是真正的應(yīng)用研究.其次,智能限制要面向復(fù)雜系統(tǒng).對(duì)于一些比擬簡單的系統(tǒng),引入智能限制并不值得,猶如用大炮打蚊子一樣.如果簡單的智能限制系統(tǒng)的復(fù)雜性、故障率和本錢高于同類應(yīng)用傳統(tǒng)限制系統(tǒng),那么智能限制的優(yōu)越性就會(huì)令人質(zhì)疑.最后,研制新型智能限制硬件和軟件.在智能限制研究中,軟件方面存在的問題更大.例如,大多數(shù)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的限制系統(tǒng),還停留在“仿真水平上,未能真正解決實(shí)現(xiàn)問題更談不上實(shí)際應(yīng)用.提升系統(tǒng)的運(yùn)行速度、實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)限制

17、、提升對(duì)環(huán)境的感覺和解釋水平、改善信息識(shí)別和處理水平、設(shè)計(jì)模塊化的傳感器接口等方面要做的事情還很多.三、智能限制的應(yīng)用隨著智能限制應(yīng)用方法的日益成熟,智能限制的研究領(lǐng)域必將進(jìn)一步擴(kuò)大.除了高級(jí)機(jī)器人、過程智能限制和智能故障診斷外,以下領(lǐng)域?qū)⒊蔀樾碌膽?yīng)用領(lǐng)域：交通控制如高速列車、汽車運(yùn)輸、飛機(jī)飛行限制等,用于CAD、CM、CIMS和CIPS的自動(dòng)加工限制,醫(yī)療過程限制、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、文化教育和娛樂等.當(dāng)代最高意義上的智能自動(dòng)化要算機(jī)器人學(xué)的進(jìn)步和應(yīng)用.機(jī)器人從爬行到直立行走,現(xiàn)在已能用手使用工具,能看、聽、用多種語言說話,并能可靠的去干最臟最累最危險(xiǎn)的活.據(jù)統(tǒng)計(jì),目前世界上有將近100萬個(gè)機(jī)器人在

18、各生產(chǎn)線上工作,美國和日本在核反響堆中使用機(jī)器人,印度科學(xué)家在2002年8月27日也宣稱,他們已經(jīng)建造成一種6條腿的機(jī)器人用于核電站工作.據(jù)估計(jì)到2021年,智能機(jī)器人可能進(jìn)入家庭,許多家政勞動(dòng)將由機(jī)器人來代替.智能型機(jī)器人進(jìn)入社會(huì)效勞業(yè),可以當(dāng)出租車司機(jī)、醫(yī)院護(hù)士、家庭保姆和銀行出納等.因此,智能機(jī)器人將逐漸代替人類的復(fù)雜勞動(dòng),解放人類的身體,提升未來休閑時(shí)代的生活質(zhì)量.根據(jù)我國規(guī)劃,到2021年,70%以上的家庭具備互聯(lián)網(wǎng)接入條件,大中城市中60%的住宅實(shí)現(xiàn)智能化.到時(shí)候,新興的語,對(duì)我們臉部、角膜、指音識(shí)別技術(shù),會(huì)在智能家居中運(yùn)用“生物特征智能識(shí)別技術(shù)紋等特征進(jìn)行技術(shù)識(shí)別,方便我們的生活

19、.遠(yuǎn)程醫(yī)療和健康監(jiān)護(hù)等自動(dòng)化技術(shù),也將問津?qū)こＨ思业娜粘Ｉ?在手術(shù)過程中的麻醉深度智能限制系統(tǒng),已證實(shí)其限制質(zhì)量超過了人工限制.交通事故死亡率成為人類和平時(shí)期非正常死亡概率的第一因素,引入智能交通系統(tǒng),可以大大緩解這一狀況.智能交通系統(tǒng)是信息自動(dòng)化處理的系統(tǒng),包括收集最根本的道路信息,建立多種交通模型,需求最優(yōu)的交通誘導(dǎo),給出行者提供充分的信息.智能交通系統(tǒng)在美國的一些城市已經(jīng)實(shí)施,它可以減小10%的廢棄材料,20%的交通延遲,30%的停車次數(shù).有關(guān)資料說明：2021年智能交通將會(huì)在世界性大城市普及,2021年,智能交通將成為生活中的一局部.我國科技部已經(jīng)正式確定上海、廣州、深圳、青島、重慶等9個(gè)城市為首批全國智能交通系統(tǒng)應(yīng)用和示范工程試點(diǎn)城市.全世界約