現代智能控制實用技術叢書

ModernintelligentcontrolpracticaltechnogySeries智能控制技術及其應用簡介

《現代智能控制實用技術叢書》共分為四本，其內容按照信號傳輸的鏈條編寫：

傳感器

調制與解調

信息的傳輸與通信技術

智能控制技術的應用

本書系統地對信息傳輸與現代通信技術的密切關系、通信技術的發展簡史，現代通信技術的特點和發展趨勢進行了介紹；

簡述了世界通用的有線通信的載波技術、無線通信的微波接力通信的基本概念、基本原理，以及各類通信系統的組成、特點、優勢、不足及適用領域。智能控制技術及其應用簡介

本書還對現代通信技術的“高速公路”，即光導纖維通信、５Ｇ通信、衛星通信系統技術，以及近距離小容量的通信手段———無線保真（ＷｉＦｉ）、藍牙和可見光通信技術進行原理、功能及應用的闡述。

對未來的通信技術，即量子通信技術的概況進行介紹，并預測量子通信技術將在計算機技術、通信傳輸技術、衛星通信技術等方面應用的可期待前景。

本書可作為大專院校或高等院校智能控制類相關專業的參考書籍，也可供從事智能控制信息的傳輸方面的設計、制造、應用領域工作的工程技術人員作為參考資料。智能控制技術及其應用

叢書序

自動控制、智能控制、智慧控制是相對ＡＩ控制技術的普遍話題。在當今的生產、生活和科學實驗中具有重要的作用。

在控制技術中離不開將甲地的信息傳送到乙地，以便遠程監測（遙測）、視頻顯示和數據記錄（遙信）、狀況或數據調節（遙調）和智能控制（遙控），統稱為智能控制的四遙工程。

信息是物理現象、過程或系統所固有的。信息本身不是物質，不具有能量，但信息的傳輸卻依靠物質和能量。

而信號則是信息的某種表現形式，是傳輸信息的載體。信號是物理性的，并且隨時間而變化，這是信號的本質所在。

在無線電通信中，電磁波信號承載著各種各樣的信息。所以信號是有能量的物質，它描述了物理量的變化過程，在數學上，信號可以表示為關于一個或幾個獨立變量的函數，也可以表示隨時間或空間變化的圖形。

智能控制技術及其應用

叢書序

實際的信號中往往包含著多種信息成分，其中有些是我們關心的有用信息，有些是我們不關心的噪聲或冗余信息。傳感器的作用就是把未知的被測信息轉化為可觀察的信號，提取所研究對象的有關信息，將原始信息轉換成信號。將有效信息轉換成便于傳輸的信號，或將信號放大，或將較低頻率的原始信息“調制”到較高頻率的信號；滿足遠距離傳輸的要求，或將原始模擬信息處理為數字信號等。這就是智能控制發送部分的“職責”———信息的收集與調制。然后，將調制后的信號置于所選取的傳輸通道上進行傳輸，使調制后的信號傳輸至信宿端———乙地在乙地接收到經傳輸線路傳送來的信號后，然后進行調制器的反向操作“解調”。即將高頻信號或數字信號還原成原始信息。智能控制技術及其應用

叢書序

原始信息通過揚聲器器（還原的音Ⅳ頻信號）、顯示器（還原的圖像或視頻信號）、打（還原的計算結果）或進行力學、電磁學、光學、聲學等轉換，對原始信息控制目的物進行作用，從而達到智能控制的目的。本套叢書就是對智能控制系統中各個環節的一些關鍵技術的原理、特性、基本計算公式和方法、基本結構的組成、各個部分參數的選取，以及主要應用場合及其優勢和不足等問題進行討論和分析。本套叢書則沿著“有效信息的取得”、“有效信息的調制”、“調制信號的傳輸“、“調制信號的解調”以及“智能控制系統的舉例應用”這一線索展開，對比較典型的智能控制系統，應用于實踐的設計計算及控制的邏輯關系進行舉例論述。本套叢書雖然經歷了十多年的知識積累，但仍然覺得時間倉促，加之水平有限，錯誤與疏漏之處在所難免，懇請讀者批評指正。編撰者

蘇遵惠

智能控制技術及其應用

智能控制技術及其應用

叢書序

前言第一章緒論第一節控制的分類第二節智能控制

第三節

智能控制技術的建立與發展第二章中小學校教室智能照明系統

的設計與實踐

第一節光源燈具和安裝現場的

技術指標要求

第二節教室照明的智能控制要求第三章醫療機構智能照明系統的

設計與實踐第四章

城市道路照明智能控制系統的

設計與實踐

第五章

公路隧道照明智能控制系統的

設計與實踐第六章

自動駕駛汽車的智能控制第七章

人臉識別技術在智能控制

領域的應用第一節人臉識別技術概述

第二節人臉識別技術的流程和算法

第三節

智能控制理論在在人臉識別

中的應用

第四節

人臉識別技術的主要應用

領域及發展前景

附錄附錄Ａ本書名詞術語及解釋附錄Ｂ與本書相關的技術標準參考文獻重點目錄

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第一章

緒論

第三節

智能控制技術的建立與發展智能控制技術及其應用

一、智能控制學科的建立

1967年利昂茲（Leondes）等首次使用“智能控制”一詞。

這一術語比“人工智能”晚11年，比“機器人”晚47年。

相對于人工智能和機器人學，中國的智能控制研究、開發與應用基本上保持與國際前沿研究保持同步，并有所創新。

1987年1月在美國費城召開的智能控制的第一次國際學術盛會——智能控制國際會議（ISIC）上。中國出席代表提交了大會報告和分組宣讀的論文及專題討論。國內相關學術組織如中國人工智能學會智能控制與智能管理專業委員會，智能機器人專業委員會，中國自動化學會智能自動化專業委員會等相繼成立。

1993年由中國學者組織召開的首屆“全球華人智能控制與智能自動化大會”分別在北京、上海、西安、臺北等十二個城市已舉辦13屆。

相關刊物如《模式識別與人工智能》、《智能系統學報》和《CAAITransactiononIntelligenceTechnology》（《智能技術學報》）期刊等先后創刊。表明了智能控制作為一門獨立的新學科，已在中國建立起來。

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第一章

緒論

第三節

智能控制技術的建立與發展

智能控制技術及其應用二、智能控制基礎理論研究方法

1、基于智能特征模型的智能控制方法

中國的智能控制研究也創造了具有中國特色的智能控制研究成果。智能仿人控制、基于智能特征模型的智能控制方法、生物控制論、神經學習控制、智能控制四元結構理論、免疫控制系統、多尺度智能控制等是這些成果的突出代表。

吳宏鑫及其團隊在“航天器變結構變系數的智能控制方法”和“基于智能特征模型的智能控制方法”等領域，為航天器和工業制造過程智能控制器的設計開拓了一條新的道路。應用于“神舟”飛船返回控制、空間環境模擬器控制、交會對接和空間站控制、衛星整星瞬變熱流控制等方面，在實踐應用與制造方法中、在智能控制理論上取得了創新成果。

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第一章

緒論

第三節

智能控制技術的建立與發展智能控制技術及其應用二、智能控制基礎理論研究方法

2、多學科

多層次

系統化的智能控制方法

王飛躍是國際上較早進入智能控制領域研究的學者之一。他采用多學科、多層次、系統化的研究方法，從交叉性的角度探索智能控制，從結構、過程、算法和實現方面建立了一套解析和完備的智能控制理論，并應用于如代理控制方法、智能指揮與控制體系、智能交通系統、智能空間和智能家居系統、綜合工業自動化等領域。他主持的“智能控制理論與方法的研究”獲得2007年國家自然科學獎二等獎。此外，王飛躍還提出了“平行控制”思想，是一種從學習控制發展的學習控制方法論，將實際系統與人工系統相結合，用人工系統的計算實驗完善實際系統優化控制策略，幫助實現對復雜系統的有效控制。

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第一章

緒論

第三節

智能控制技術的建立與發展智能控制技術及其應用二、智能控制基礎理論研究方法

3、智能控制系統和生物控制論的研究

涂序彥是較早進入智能控制領域研究的學者。

1976年率先開展智能控制研究；

1980年主持研制的“模糊控制器”等智能控制器，多次獲河北省科技進步獎。

1986年承擔的國家自然科學基金項目“智能控制系統”，提出“多級自尋優智能控制器”、“多級模糊控制”和“產生式自學習控制”等新方法，將智能控制應用于冶金等生產過程。并撰寫了《生物控制論》專著，推動了國內生物控制論研究。

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第一章

緒論

第三節

智能控制技術的建立與發展智能控制技術及其應用二、智能控制基礎理論研究方法

4、模擬人的控制行為與功能的智能控制

仿人控制（Human-SimulatedControl）綜合了遞階控制、專家控制和基于模型控制的特點，實際上可以把它看作一種混合智能控制。仿人控制的思想是周其鑒等學者于1983年正式提出的，現已形成了一種具有明顯特色的控制理論體系和比較系統的設計方法。仿人控制的基本思想是在模擬人的控制結構的基礎上，進一步研究和模擬人的控制行為與功能，并把它用于控制系統，實現控制目標。

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第一章

緒論

第三節

智能控制技術的建立與發展智能控制技術及其應用二、智能控制基礎理論研究方法

5、智能控制四元交集結構理論

智能控制的學科結構理論體系是智能控制基礎研究的一個重要課題。

1971年臺灣學者傅京孫提出把智能控制作為人工智能和自動控制的（二元）交接領域后，三元交集結構和四元交集結構逐步出臺，直至現在的多因素控制，這些智能控制學科結構思想，有助于對智能控制的進一步深刻認識。

蔡自興于1987年提出的四元智能控制結構，見圖1-46所示，認為智能控制是自動控制（AC或CT）、人工智能（AI）、信息論（IT或IN）和運籌學（OR）四個子學科的交集。智能控制四元交集結構理論成果，已被收入了《中國大百科全書》。圖1-46智能控制的“四元結構”示意圖

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第一章

緒論

第三節

智能控制技術的建立與發展智能控制技術及其應用

二、智能控制基礎理論研究方法

6、開發鋼鐵工業神經學習控制系統

呂勇哉教授1989年將專家系統和知識工程用于工業控制而獲美國儀器學會UOP技術獎。1995年和1996年發表在美國《鋼鐵工程師》（IronandSteelEngineer）雜志的論文《迎接鋼鐵工業智能化系統技術的挑戰》（Meetingthechallengeofintelligentsystemtechnologiesintheironandsteelindustry）《熱鍍鋅線鍍層重量控制的集成神經系統》（Integratedneuralsystemforcoatingweightcontrolofhotdipgalvanizingline），是世界上第一個用于熱浸鍍線的神經學習控制系統，對國際智能控制做出重要貢獻。先后獲得美國鋼鐵工程師協會的Kelly最優論文獎，1998年他因“對工業系統建模與智能控制的貢獻”而當選IEEEFellow。

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緒論

第三節

智能控制技術的建立與發展智能控制技術及其應用二、智能控制基礎理論研究方法

7、智能制造過程的多尺度智能控制

香港城市大學的李涵雄教授提出的智能制造是多尺度復雜性和不確定性的過程，即“一個工廠通常擁有一個以上包含不同過程的生產線。每個過程可集成多種機器或裝備組合。整個制造過程可視為遞階結構，從底層的機器控制，中層的監督控制和生產調度，再到高層的企業管理。對于各層級的特性與動力學差異需要不同的連續和離散控制。”的理論。建立一種多尺度建模與控制（multiscalemodelingandcontrol）任務，對于一個領域的系統應采用自底向上的方法逐步建立，從動態建模到系統設計、過程控制和智能監控，再到全廠管理控制。其任務是一個長期的、循環的、逐步提升的完善過程。

將該設計思想應用于國家973計劃“高性能LED制造與裝備中的關鍵基礎問題研究”第四課題《封裝裝備執行系統的多參數耦合設計及高加速度復合運動生成》；國家自然科學基金項目《面向芯片智能固化過程的時空多模型監控系統》和《針對電子封裝中熱力過程的具有時空處理機能的三維模糊自調節控制系統》等多個國家科技項目中。

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緒論

第三節

智能控制技術的建立與發展智能控制技術及其應用二、智能控制基礎理論研究方法

8、納米機器人控制取得新的突破

2005年中國科學院沈陽自動化研究所建立了國內第一臺納米操作機器人系統，并在此基礎上率先開展了與生命科學相交叉的前沿科學研究，在單分子病毒三維操作方面的應用正是該研究的代表項目。

納米課題組以基于AFM的納米操作機器人為基礎，研究了針對腺病毒的三維空間操作控制方法。實驗結果表明，利用基于局部掃描技術的三維操作策略，不僅能夠實現對病毒分子在三維空間中的自由操作，還能根據設計構筑出全病毒分子的三維納米結構。為發展基于病毒分子的新型三維納電子器件提供了技術途徑。

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緒論

第三節

智能控制技術的建立與發展智能控制技術及其應用三、高水平論文及學術專著的出版

中國雖研究起步較晚，但近些年出版了一批智能控制專著和論文。

2000年前后至今已出版了具有代表性的專著近一百余部。

1997年出版的呂勇哉所著《智能控制：原理、技術和應用》，為國際上首部全面系統地介紹智能控制各種系統的工作原理、基本技術及其應用的英文專著。

2000年后出版的如《智能控制與自主控制概論》，《智能控制系統：理論與應用》，《使用軟計算方法的智能控制系統》都為我國智能控制研究論文匯編，對推動我國智能控制實質性發展發揮了重要的作用。

至今僅從維普資訊中文期刊服務平臺查詢到的“智能控制”相關論文達28780篇。

具有代表性的如涂序彥等編著出版《生物控制論》專著；張鐘俊等發表《智能控制與智能控制系統》論文；宋健在IFAC第14屆世界大會上作的《智能控制:超越世紀的目標（Intelligentcontrol:Agoalexceedingthecentury）》的報告等等。

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緒論

第三節

智能控制技術的建立與發展智能控制技術及其應用四、科研成果顯著

在過去40年，中國廣大智能控制科技工作者對智能控制進行了多方面研究，取得不俗的科技研究成果。并獲得了國家自然科學獎、技術發明獎和科技進步獎及吳文俊人工智能科學技術獎。

中國科學院自動化研究所、香港城市大學、東南大學、哈爾濱工業大學等12單位分別獲得國家科技進步二等獎；

北京郵電大學、北京科技大學、中南大學等8單位分別獲得吳文俊成就獎。

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第三節

智能控制技術的建立與發展智能控制技術及其應用五、研究成果在一些重大項目中得到應用

1、過程控制在智能制造中的應用

中國智能控制在理論基礎研究開展的基礎上，其應用研究也比較普遍，應用領域也比較廣泛，以下簡介智能控制在一些行業的應用狀況。

從20世紀80年代開始，智能控制在石油化工、航空航天、冶金、輕工等過程控制中獲得迅猛的發展。除了上面討論過的航空航天領域外，在石油化工領域將神經網絡和優化軟件與專家系統結合，應用于煉油廠的非線性工藝過程控制，有效地提高生產效率，節約生產成本。在冶金領域，采用模糊控制的高爐溫度控制系統，可有效提高爐內溫度控制精度，進而提高鋼鐵冶煉質量。

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緒論

第三節

智能控制技術的建立與發展智能控制技術及其應用五、研究成果在一些重大項目中得到應用

2、機器人控制中的應用

智能控制技術已經應用到機器人技術的許多方面。

基于多傳感器信息融合和圖像處理的移動機器人導航控制與裝配、機器人自主避障和路徑規劃、機器人非線性動力學控制、空間機器人的姿態控制等。

智能服務機器人、智能醫療機器人、無人駕駛車輛、物流機器人和其他專用智能機器人已獲得快速發展和廣泛應用。其中，人機合作控制、非結構環境中導航與控制、分布式多機器人系統控制、類腦機器人控制與決策以及基于云計算和大數據的網絡機器人決策與控制等技術正在得到大力開發與應用。用智能控制技術武裝機器人，將極大提高機器人的智能化程度，將推動機器人行業的發展。

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第三節

智能控制技術的建立與發展智能控制技術及其應用五、研究成果在一些重大項目中得到應用

3、在智能電網控制中的應用

智能控制對電力系統的安全運行與節能運行方面具有重要的意義。在電網運行的過程中，將智能控制技術應用于電網故障檢測、測量、補償、控制和決策系統中，能夠實現電網的智能化，提高電網運行效率。采用模糊邏輯控制技術能夠及時發現電網中的安全隱患，提高智能電網應急能力，增強電網的可靠性、抗干擾能力，保證智能電網系統的穩定運行。將專家控制系統應用于電網規劃，可以充分利用電力專家的經驗和知識，不斷優化電網的規劃質量，提高電網優化效率。

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智能控制技術的建立與發展智能控制技術及其應用五、研究成果在一些重大項目中得到應用

4、在現代農業控制中的應用

先進設備在中國農業中的應用不斷增加，農業生產過程的智能化程度也越來越高。將智能控制技術應用于農事操作過程中，能夠調節植物生長所需的溫度、肥力、光照強度、CO2濃度等環境因素，實現對植物生長因素的精準控制，實現規模化的發展和農業最大利益。同時建立農業數據庫，使生產者能夠大面積、低成本、快速準確獲取農業信息，根據市場確定農產品數量，實現農業數據處理的標準化與智能化。

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智能控制技術的建立與發展智能控制技術及其應用五、研究成果在一些重大項目中得到應用

5、智能交通控制與智能駕駛

智能交通是一種新型的交通系統或裝置，是人工智能技術與現代交通系統融合的產物。

智能交通系統需要具備對駕駛環境和交通狀況的全面實時感知和理解的能力，其自主規劃與控制，以及人機協同操作功能的智能車輛是實現未來智能交通系統的關鍵。

自主駕駛車輛或者輔助駕駛車輛，利用環境感知信息進行規劃決策，對車輛進行控制。對路徑的自動跟蹤的控制器成為智能車輛的關鍵。

如國防科技大學、中南大學、吉林大學聯合開發的自主車輛，完成了中國首次從長沙至武漢高速公路自主駕駛實驗，達到世界先進水平；軍事交通學院研制的JJUV-3實驗車完成天津至北京城際高速公路的自主駕駛實驗，具備跟車行駛和自主超車能力。百度無人駕駛車在國內首次實現了城市、環路及高速道路混合路況下的全自動駕駛。

此外，智能控制在智能安防、智能軍事、智能指揮、智能家電、智慧城市、智能教育、智能管理、社會智能、智能軍事和智能經濟等領域，也獲得日益廣泛的應用。

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第三節

智能控制技術的建立與發展智能控制技術及其應用六、中國智能控制教育與人才培養

智能控制教育和人才培養是智能控制學科發展的重要基礎。中國部分高校經過多年的推廣、提升與發展，現在大部分重點高校開設了智能控制類的本科生和研究生課程。已成為國家級資源共享課程。

中國已出版的智能控制教材已有20余種。如蔡自興所著《智能控制》的全國統編教材。李士勇等編著的《模糊控制和智能控制理論與應用》為中國首部研究生教材。

現在大專院校設立的相關智能控制課程已達2686門，其中，本科教育課程1767門，高職教育課程759門，網絡教育課程160門。

北京大學、中南大學、鄭州大學等所率先開設的智能控制課程獲得國家教育部門的獎勵，并對全國智能控制教學發揮了示范與輻射作用。

“全國智能科學與技術教育暨教學學術會議”自2003年開始舉辦，具有中國人工智能教育與教學領域的特色和權威。近30年來，全國高校已培養人工智能和智能控制等相關學科的碩士和博士數以千計，本科畢業生數以萬計。必將成為中國智能科技跨越式發展的中堅力量。

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第三節

智能控制技術的建立與發展智能控制技術及其應用七、中國智能控制研發中需要改進的問題

1、研究以跟蹤為主，創新不夠

中國智能控制科技工作者在模糊控制、遞階控制、專家控制、神經控制、多真體（MAS）控制、網絡控制等領域都能夠緊跟國際發展潮流，但自主創新成果尚不夠，國內重復研究的多，創造性研究的少，停留于實驗成果的多，能夠在工程上應用的少。需要各方面共同努力，盡快轉變這一局面。國際影響力有待提高。2、缺乏更高水平的研究成果

中國智能控制研究雖然已取得一大批成果，但還缺乏更高級別的獎項。在國家科學技術獎中，智能控制研究所獲獎項還沒有實現國家級一等獎零的突破。在這些獎項中，以科技進步獎為主，自然科學獎和技術發明獎成果甚少。可見，中國智能控制研究的整體水平有待提高，且要努力攀登智能控制研究的國際高峰。

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智能控制技術的建立與發展智能控制技術及其應用七、中國智能控制研發中需要改進的問題

3、服務國民經濟重大戰略工程不夠

中國智能控制研究與應用的整體水平不夠高的表征，除了研究力度不夠和缺乏創新驅動外，還與服務國民經濟重大戰略不夠有關。需要將智能控制的研究、開發和應用與國民經濟的重大戰略對接，在服務國家重大需求中尋找發展機遇。在我國人工智能出現蓬勃發展的大好形勢，國家制定了一系列重大發展戰略，特別是《中國制造2025》和《新一代人工智能發展規劃》。智能控制應該也能夠在這些國家戰略框架內占有一席之地，謀求與人工智能取得同步發展。4、產業化規模和核心技術有待擴大

中國智能控制產業已建立了初步基礎，但如同人工智能產業一樣，中國的智能控制產業的規模還不夠大，關鍵核心科技的創新能力還不夠強，自主知識產權也不夠多。

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智能控制技術的建立與發展智能控制技術及其應用七、中國智能控制研發中需要改進的問題

5、亟需培養各層次智能控制人才

中國智能控制已擁有一批領軍人才，但不夠多，特別是中青年科技骨干有待迅速鍛煉成長，需要從國家發展戰略角度有計劃地培養智能控制各個專業和行業的高素質人才，這個問題也是世界科技發展對我們的壓力，國內科技發展趨勢對我們的迫切要求。

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第三節

智能控制技術的建立與發展智能控制技術及其應用八、對于我國智能控制發展的建議

1、打牢智能控制科技基礎

需進一步打牢中國智能控制的科技基礎。一方面加強智能控制理論基礎和方法研究，實現智能控制某些基礎和理論研究的突破，為智能控制應用建立可靠基礎；另一方面，建立一批國家級智能控制技術與產業研發基地，為智能控制產業化提供技術保障。2、加大國家政策支持力度

在現有國家發展戰略的基礎上，為智能控制提供相應的政策支持。如在《新一代人工智能發展規劃》中，專題提供發展我國智能控制的規劃；在《中國制造2025》中考慮智能控制對智能制造的作用和發展策略；在《機器人產業發展規劃》中重點部署智能機器人的控制發展規劃。把握當前大好機遇，出臺鼓勵政策，加大政府經費支持力度，吸引社會金融資本投入。

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緒論

第三節

智能控制技術的建立與發展智能控制技術及其應用八、對于我國智能控制發展的建議

3、抓住歷史機遇，實現產業化

在上述國家發展戰略的大力支持下，智能控制產業應主動發力，與智能制造、智能機器人等產業密切融合，在服務國民經濟發展過程中壯大自身，大力推進智能控制的產業化。智能制造、智能機器人、智能交通、電動汽車、智能家居、智能電網、智能建筑、智能電網、智慧農業等行業都可進一步開發與應用各種相應的智能控制系統。4、培養智能控制各級人才

智能控制教育是智能控制科技和產業發展以及高素質人才培養的保證。中國現有的自動化、智能科學與技術等專業和控制學科與工程等學科已培養了一批智能控制科技人才，但遠未能滿足科技和產業發展的需要。需要在人工智能、智能科學與技術、控制科學與工程等一級學科下，設立智能控制二級學科，培養足夠數量的高素質人才。此外，要在職業技術學院和技工學校，對口培養智能控制中層科技人才和技術工人，保證智能控制產業發展的需求。

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第三節

智能控制技術的建立與發展智能控制技術及其應用八、對于我國智能控制發展的建議

5、加強國際科技學術交流

“智能控制與自動化世界大會”已成為國內外智能控制科技與學術交流的重要平臺，每屆大會都吸引學者和師生參加。中國每年也有眾多的智能控制工作者走出國門參加與智能控制相關的國際學術會議。不過，中國智能控