智能控制實(shí)驗(yàn)室

目前，智能控制技術(shù)，如Fuzzy控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、遺傳算法優(yōu)化技術(shù)、專家控制系統(tǒng)、基于規(guī)則的仿人智能控制技術(shù)等已進(jìn)入工程化和實(shí)用化的時期，具有非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，例如智能機(jī)器人控制、智能過程控制、智能調(diào)度與規(guī)劃、智能故障診斷、醫(yī)院監(jiān)護(hù)、語音控制、飛行器控制及自動制造系統(tǒng)等。復(fù)雜系統(tǒng)智能控制顯然是對象與工具的恰當(dāng)結(jié)合，而復(fù)雜系統(tǒng)中的決策理論既可作為復(fù)雜系統(tǒng)智能控制的基礎(chǔ)，又是復(fù)雜系統(tǒng)中極有意義的研究方向，有相當(dāng)廣的應(yīng)用范圍。復(fù)雜系統(tǒng)智能控制與決策便成為該實(shí)驗(yàn)室研究的主題，也是該實(shí)驗(yàn)室名稱的由來。

智能控制是自動控制發(fā)展的高級階段，是人工智能、控制論、系統(tǒng)論和信息論等多種學(xué)科的高度綜合與集成，是一門新的前沿交叉學(xué)科?，F(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)的迅速發(fā)展和進(jìn)步對控制系統(tǒng)不斷提出新的更高的要求。由于各種實(shí)際工程系統(tǒng)的規(guī)模越來越大、復(fù)雜性越來越高，常規(guī)控制的理論和技術(shù)已無法滿足工程上對提高自動化水平和擴(kuò)大自動化范圍的要求。因此，科學(xué)與技術(shù)的進(jìn)步促使了智能控制的建立和發(fā)展。

天津市先進(jìn)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與智能控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有科研人員54人（教授19人，副教授13人，講師19人），其中天津特聘講座教授1人，天津市"131"創(chuàng)新型人才培養(yǎng)工程第二層次人選3人，第三層次人選13人，具備博士學(xué)位者43人，占到學(xué)術(shù)隊(duì)伍的80%，科研實(shí)力雄厚。

天津市先進(jìn)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與智能控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的主要研究方向：

一、機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)與控制

本方向主要研究帶柔性鉸鏈的微納米級操作機(jī)器人理論與關(guān)鍵技術(shù)、并聯(lián)機(jī)器人理論與關(guān)鍵技術(shù)、移動機(jī)器人控制與制導(dǎo)、多傳感器融合技術(shù)以及基于網(wǎng)絡(luò)的遙操作等。近幾年，本方向申報并獲批了多項(xiàng)國家自然科學(xué)基金及省部級科研基金，形成了堅(jiān)實(shí)的后備科研梯隊(duì)。在國家基金委和天津市教委資助下,本團(tuán)隊(duì)成員先后出訪美國、法國、德國、英國、澳大利亞等發(fā)達(dá)國家，與美國、英國、澳大利亞、日本等多所國際著名大學(xué)和研究單位開展合作研究。經(jīng)過多年的人才培養(yǎng)與引進(jìn)，極大地促進(jìn)和提升了本團(tuán)隊(duì)的科研實(shí)力和水平，在微納操作機(jī)器人等方面的研究已經(jīng)達(dá)到了國際水平。目前學(xué)術(shù)梯隊(duì)更趨合理,在微納米操作機(jī)器人、并聯(lián)與移動機(jī)器人、機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)理論研究與工程應(yīng)用等方面形成了突出的科研優(yōu)勢。

二、仿生設(shè)計(jì)理論與制造

本方向研究包括面向設(shè)計(jì)的仿生、面向制造的仿生和面向控制的仿生，探索仿生制造系統(tǒng)的自組織控制機(jī)制與方法，有選擇性的在設(shè)計(jì)、制造及控制過程中應(yīng)用這些原理和特征。制造技術(shù)與生物技術(shù)密切結(jié)合產(chǎn)生了仿生制造技術(shù)、生物反應(yīng)器、單分子技術(shù)平臺，催生了大量的新產(chǎn)品和新產(chǎn)業(yè)，成為先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域的一個重要組成部分和前沿方向，在醫(yī)療與健康、節(jié)能與環(huán)保等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，目前實(shí)驗(yàn)室具有自主研發(fā)的以直線電機(jī)為基礎(chǔ)的組合式多功能生物反應(yīng)器；音圈電機(jī)為動力的仿生雙頻載荷的組織工程裝置；以有限元為基礎(chǔ)的仿生設(shè)計(jì)技術(shù)；正在開發(fā)的多種單分子技術(shù)平臺，包括激光光鑷、生物膜力探針和單分子熒光成像平臺；實(shí)驗(yàn)室配備有設(shè)計(jì)、制造相關(guān)的眾多檢測儀器，設(shè)備與儀器總價值270萬元，具備了良好的科研條件。

三、機(jī)電液一體化裝備集成

本方向緊密圍繞機(jī)電液一體化裝備集成的共性技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的理論研究與應(yīng)用開發(fā)，將機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)等在系統(tǒng)工程基礎(chǔ)上的有機(jī)綜合，以實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的最優(yōu)化，在關(guān)鍵零部件研究與系統(tǒng)開發(fā)方面形成了一個科研氛圍濃厚、創(chuàng)新能力突出的研究團(tuán)隊(duì)。目前本研究方向在港口及海洋工程的物理模擬實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域、鋼管在線高速精確切割技術(shù)、液壓機(jī)生產(chǎn)的高效和節(jié)能技術(shù)以及精密機(jī)械控制技術(shù)方面形成了“企業(yè)需求帶動、理論研究驅(qū)動、校企合作聯(lián)動”的科研特色，既做到了高?？蒲械摹绊斕炝⒌亍保怀隽死碚撗芯康纳疃扰c廣度，又切實(shí)做到產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，在引導(dǎo)行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新、推動產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合方面發(fā)揮著重要作用。經(jīng)過近幾年的高速發(fā)展，本方向在機(jī)電液一體化裝備集成的共性技術(shù)研究方面積累了豐富的理論研究基礎(chǔ)和應(yīng)用開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。

天津市先進(jìn)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與智能控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室先后承擔(dān)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國家基金項(xiàng)目、天津市科委重點(diǎn)項(xiàng)目等90余項(xiàng)，企業(yè)項(xiàng)目80余項(xiàng)，累計(jì)實(shí)到科研經(jīng)費(fèi)7500余萬元，發(fā)表論文500余篇，被SCI、EI檢索163篇，獲得天津市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎等省部級獎5項(xiàng)，軟件著作權(quán)和發(fā)明專利34項(xiàng)。實(shí)驗(yàn)室承辦了圖像與信號處理國際會議（2008 International Congress on Image and Signal Processing(CISP 2008)）及生物醫(yī)學(xué)工程與信息國際會議（2008 International Conference on Biomedical Engineering and Informatics(BMEI 2008）兩項(xiàng)國際會議，主辦了第124屆模糊科學(xué)研討會等4次學(xué)術(shù)交流會議，并參加了多次國內(nèi)外學(xué)術(shù)會議。與美國、日本等多個國家的大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)建立了穩(wěn)定的合作研究關(guān)系，進(jìn)行過多次人員互訪和學(xué)術(shù)交流。 2100433B

第1章緒論

1.1智能控制的發(fā)展

1.1.1智能控制問題的提出

1.1.2智能控制的發(fā)展

1.2智能控制的幾個主要分支

1.2.1基于知識的專家系統(tǒng)

1.2.2模糊控制

1.2.3神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制

1.2.4學(xué)習(xí)控制

1.3智能控制系統(tǒng)的構(gòu)成原理

1.3.1智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.3.2智能控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.3.3智能控制系統(tǒng)研究的主要數(shù)學(xué)工具

習(xí)題和思考題

第2章模糊控制論

2.1引言

2.2模糊集合論基礎(chǔ)

2.2.1模糊集的概念

2.2.2模糊集合的運(yùn)算

2.2.3模糊集合運(yùn)算的基本性質(zhì)

2.2.4隸屬度函數(shù)的建立

2.2.5模糊關(guān)系

2.3模糊邏輯、模糊邏輯推理和合成

2.3.1二值邏輯

2.3.2模糊邏輯的基本運(yùn)算

2.3.3模糊語言邏輯

2.3.4模糊邏輯推理

2.3.5模糊關(guān)系方程的解

2.4模糊控制系統(tǒng)的組成

2.4.1模糊化過程

2.4.2知識庫

2.4.3決策邏輯

2.4.4精確化過程

2.5模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.5.1模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.5.2模糊控制器的基本類型

2.5.3模糊控制器的設(shè)計(jì)原則

2.5.4模糊控制器的常規(guī)設(shè)計(jì)方法

2.6模糊PID控制器

2.6.1模糊控制器和常規(guī)PID的混合結(jié)構(gòu)

2.6.2常規(guī)PID參數(shù)的模糊自整定技術(shù)

2.7模糊控制器的應(yīng)用

2.7.1流量控制的模糊控制器設(shè)計(jì)

2.7.2倒立擺的模糊控制

習(xí)題和思考題

第3章人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制論

3.1引言

3.1.1神經(jīng)元模型

3.1.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型分類

3.1.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法

3.1.4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的泛化能力

3.2前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

3.2.1多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3.2.2多層傳播網(wǎng)絡(luò)的BP學(xué)習(xí)算法

3.2.3快速的BP改進(jìn)算法

3.2.4BP學(xué)習(xí)算法的MATLAB例程

3.3動態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

3.3.1帶時滯的多層感知器網(wǎng)絡(luò)

3.3.2Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

3.3.3回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

3.4CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

3.4.1小腦網(wǎng)絡(luò)的感知器模型

3.4.2CMAC的映射原理

3.4.3CMAC網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法

3.5RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

3.5.1具有固定中心的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練

3.5.2徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的隨機(jī)梯度逼近法

3.6神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制基礎(chǔ)

3.6.1引言

3.6.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的逼近能力

3.7非線性動態(tài)系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識

3.7.1神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的辨識基礎(chǔ)

3.7.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識模型的結(jié)構(gòu)

3.7.3非線性動態(tài)系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識

3.8神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的學(xué)習(xí)機(jī)制

3.8.1監(jiān)督式學(xué)習(xí)

3.8.2增強(qiáng)式學(xué)習(xí)

3.9神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的設(shè)計(jì)

3.9.1神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接逆模型控制法

3.9.2真接網(wǎng)絡(luò)控制法

3.9.3多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)控制法

3.10單一神經(jīng)元控制

習(xí)題和思考題

第4章專家控制

4.1引言

4.2專家控制的基本原理

4.2.1專家控制系統(tǒng)的基本內(nèi)容

4.2.2知識表達(dá)

4.2.3知識推理

4.2.4專家控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.3專家控制應(yīng)剛舉例

4.3.1PID專家控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.3.2過程專家控制系統(tǒng)

4.4仿人智能控制

4.4.1仿人智能控制的引入

4.4.2仿人智能控制的基本概念

4.4.3仿人智能控制的實(shí)現(xiàn)

4.4.4仿人智能控制的應(yīng)用舉例

習(xí)題和思考題

上機(jī)實(shí)驗(yàn)題

第5章分層遞階智能控制

5.1引言

5.2遞階智能控制的基本原理

5.3遞階智能控制的組織和協(xié)調(diào)

5.3.1遞階智能控制的組織級

5.3.2遞階智能控制的協(xié)調(diào)級

5.3.3遞階智能控制的執(zhí)行級

5.4分層遞階智能控制的應(yīng)用舉例

5.4.1智能機(jī)器人系統(tǒng)的遞階控制

5.4.2集散遞階智能控制系統(tǒng)

習(xí)題和思考題

第6章學(xué)習(xí)控制

第7章模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制與自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

第8章進(jìn)貨算法

第9章多智能體系統(tǒng)控制 2100433B

智能控制作為一門新興學(xué)科，它的發(fā)展得益于許多學(xué)科，如人工智能、認(rèn)知科學(xué)、現(xiàn)代控制理論、模糊數(shù)學(xué)、生物控制論、學(xué)習(xí)理論以及網(wǎng)絡(luò)理論等。

《智能控制基礎(chǔ)》總結(jié)近20年來智能控制的研究成果，詳細(xì)論述智能控制的基本概念、工作原理和設(shè)計(jì)方法。主要內(nèi)容包括：智能控制概論、模糊控制論、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制論、專家控制、分層遞階智能控制、學(xué)習(xí)控制、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制與自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)化算法、多智能體系統(tǒng)控制。

《智能控制基礎(chǔ)》在深入系統(tǒng)介紹智能控制設(shè)計(jì)理論和應(yīng)用方法的同時，還結(jié)合課堂教學(xué)給出了大量的設(shè)計(jì)例子和習(xí)題。

《智能控制基礎(chǔ)》選材新穎，系統(tǒng)性強(qiáng)，通俗易懂，突出理論聯(lián)系實(shí)際。既適合初學(xué)者學(xué)習(xí)智能控制的基本理論和方法，又對智能控制的研究學(xué)者有一定的參考價值。它標(biāo)注了部分拓展內(nèi)容的章節(jié)，供深入研究者參考。整本教材主要針對控制科學(xué)與工程、電氣工程等學(xué)科碩士研究生和自動化專業(yè)高年級本科生使用，也適合其他專業(yè)的工程師閱讀和參考。