智能控制導(dǎo)論（第二版）

《智能控制導(dǎo)論》第一版出版至今已有6個年頭。為了反映國內(nèi)外智能控制的最新進展，滿足國內(nèi)智能控制科學(xué)研究和課程教學(xué)的需要，有必要對該書進行修訂。

《智能控制導(dǎo)論》第二版介紹智能控制的基本原理及其應(yīng)用，著重討論智能控制幾個主要系統(tǒng)的原理、方法及應(yīng)用。所涉及的智能控制系統(tǒng)依次為遞階控制、專家控制、模糊控制、神經(jīng)控制、學(xué)習(xí)控制、進化控制與免疫控制、多真體控制、網(wǎng)絡(luò)控制、復(fù)合智能控制等系統(tǒng)。本次修訂時，對全書進行了較大更新，特別突出了計算智能（軟計算），加強了模糊控制與神經(jīng)控制的計算和Matlab工具的應(yīng)用指導(dǎo)，充實了網(wǎng)絡(luò)控制的內(nèi)容，對其他各章也做了一些調(diào)整與增刪，例如把“網(wǎng)絡(luò)控制”和“多真體控制”分別擴展獨立成章，刪去“其他智能控制”和“展望智能控制”兩章，把“仿人控制”并入“復(fù)合控制”，把“展望智能控制”的部分內(nèi)容調(diào)入第1章“概述”等。在保持本書固有特色的基礎(chǔ)上，精煉了內(nèi)容，增加了訓(xùn)練，吸收了新知識，更加適合作為本科生教材，有利于提高課程教學(xué)水平和本科生培養(yǎng)質(zhì)量。

本書是國家精品課程和國家精品資源共享課程“智能控制”的配套教材，可作為高等院校自動化、電氣工程與自動化、智能科學(xué)與技術(shù)、測控工程、機電工程、電子工程等專業(yè)本科生智能控制類課程的教材，也可供從事智能控制和智能系統(tǒng)研究、設(shè)計、應(yīng)用的科技工作者閱讀與參考。

值此新版問世之際，想向廣大讀者匯報我的智能控制著作編著與出版的歷程。本書是我在國內(nèi)外出版的智能控制著作的第9個版本：①智能控制（全國統(tǒng)編教材），電子工業(yè)出版社，1990；②Intelligent Control：Principles，Techniques and Applications，World Scientific Publishers，1997；③智能控制——基礎(chǔ)及應(yīng)用，國防工業(yè)出版社，1998；④智能控制，第2版，電子工業(yè)出版社，2004；⑤人工智能控制（研究生用書），化學(xué)工業(yè)出版社，2005；⑥智能控制原理與應(yīng)用，清華大學(xué)出版社，2007；⑦智能控制導(dǎo)論，中國水利水電出版社，2007；⑧智能控制原理與應(yīng)用，第2版，清華大學(xué)出版社，2013；⑨智能控制導(dǎo)論，第2版，中國水利水電出版社，2013。這些智能控制著作的編著與出版，得到眾多專家、學(xué)者和相關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)、同仁的支持與幫助，受到高校廣大師生和其他讀者的熱情歡迎和普遍使用，為我國智能控制學(xué)科建設(shè)、課程建設(shè)和人才培養(yǎng)做出了應(yīng)有貢獻。謹對各位專家、領(lǐng)導(dǎo)、編輯、師生和其他讀者致以衷心感謝！

在第二版修訂出版過程中，繼續(xù)得到許多專家和同仁的有力幫助。中國水利水電出版社宋俊娥編輯等為本書的編輯和出版付出辛勤勞動；國內(nèi)外許多智能控制專著、教材和論文的作者為本書提供了豐富的營養(yǎng)，使我們受益匪淺。在此對所有這些支持與幫助表示誠摯感謝！

本書由蔡自興編著。肖曉明、余伶俐、谷明琴、郭璠和李昭協(xié)助第4章、第5章和第9章的修訂。

本書的出版也是獻給龍年九十月（2012年11月和12月）先后出生的我的小孫女和小孫子的一份禮物，他們的平安誕生和健康成長使我們感到欣慰與溫馨。

由于修訂時間比較匆忙，一些新資料未能及時收集與消化，本書難免存在一些不足之處，誠懇歡迎和衷心感謝廣大專家、高校師生和其他讀者提出寶貴意見，供下次修訂時參考與借鑒。

蔡自興

2013年8月于美國西雅圖

第1章 概述 1
1.1 智能控制的產(chǎn)生與發(fā)展 2
1.1.1 自動控制面臨的機遇與挑戰(zhàn) 2
1.1.2 智能控制的發(fā)展和學(xué)科的建立 3
1.2 智能控制的基本知識 5
1.2.1 智能控制的定義與特點 5
1.2.2 智能控制器的一般結(jié)構(gòu) 7
1.2.3 智能控制系統(tǒng)的分類 8
1.3 人工智能的學(xué)派理論與計算方法 10
1.3.1 人工智能的學(xué)派理論及其對智能
控制的影響 10
1.3.2 人工智能與智能控制的計算方法 11
1.4 智能控制的結(jié)構(gòu)理論 11
1.4.1 二元交集結(jié)構(gòu)理論 12
1.4.2 三元交集結(jié)構(gòu)理論 13
1.4.3 四元交集結(jié)構(gòu)理論 13
1.5 本書概要 17
習(xí)題1 17
第2章 遞階控制 19
2.1 遞階智能機器的一般結(jié)構(gòu) 20
2.2 遞階智能控制系統(tǒng)舉例 22
2.2.1 汽車自主駕駛系統(tǒng)的組成 22
2.2.2 汽車自主駕駛系統(tǒng)的遞階結(jié)構(gòu) 23
2.2.3 自主駕駛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與控制算法 26
2.2.4 自主駕駛系統(tǒng)的試驗結(jié)果 27
2.3 本章小結(jié) 28
習(xí)題2 28
第3章 專家控制 29
3.1 專家系統(tǒng)的基本概念 30
3.1.1 專家系統(tǒng)的定義與一般結(jié)構(gòu) 30
3.1.2 專家系統(tǒng)的建造步驟 32
3.2 專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu) 32
3.2.1 基于規(guī)則的專家系統(tǒng) 33
3.2.2 基于框架的專家系統(tǒng) 34
3.2.3 基于模型的專家系統(tǒng) 35
3.3 專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與類型 37
3.3.1 專家控制系統(tǒng)的控制要求與
設(shè)計原則 38
3.3.2 專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 40
3.3.3 專家控制系統(tǒng)的類型 43
3.4 專家控制系統(tǒng)應(yīng)用舉例 44
3.4.1 實時控制系統(tǒng)的特點與要求 44
3.4.2 高爐監(jiān)控專家系統(tǒng) 45
3.5 本章小結(jié) 47
習(xí)題3 48
第4章 模糊控制 49
4.1 模糊數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 50
4.1.1 模糊集合、模糊邏輯及其運算 50
4.1.2 模糊關(guān)系與模糊變換 52
4.1.3 模糊邏輯推理 54
4.1.4 模糊判決方法 59
4.2 模糊控制系統(tǒng)的原理與結(jié)構(gòu) 61
4.2.1 模糊控制原理 61
4.2.2 模糊控制系統(tǒng)的工作原理 62
4.3 模糊控制器的設(shè)計內(nèi)容 62
4.3.1 模糊控制器的設(shè)計內(nèi)容與原則 63
4.3.2 模糊控制器的控制規(guī)則形式 67
4.4 模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計方法 67
4.4.1 模糊系統(tǒng)設(shè)計的查表法 68
4.4.2 模糊系統(tǒng)設(shè)計的梯度下降法 69
4.4.3 模糊系統(tǒng)設(shè)計的遞推最小二乘法 72
4.4.4 模糊系統(tǒng)設(shè)計的聚類法 73
4.5 模糊控制器的設(shè)計實例與實現(xiàn) 75
4.5.1 模糊控制器設(shè)計 76
4.5.2 模糊控制器的在線實現(xiàn) 77
4.6 Matlab模糊控制工具箱簡介 80
4.7 本章小結(jié) 81
習(xí)題4 82
第5章 神經(jīng)控制 85
5.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初步知識 86
5.1.1 神經(jīng)元及其特性 86
5.1.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與智能控制 87
5.1.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本類型和
學(xué)習(xí)算法 88
5.1.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的典型模型 91
5.1.5 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識表示與推理 95
5.2 神經(jīng)控制的結(jié)構(gòu)方案 98
5.2.1 NN學(xué)習(xí)控制 98
5.2.2 NN直接逆模控制與內(nèi)模控制 99
5.2.3 NN自適應(yīng)控制 100
5.3 神經(jīng)控制器的設(shè)計 101
5.3.1 神經(jīng)控制系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容和結(jié)構(gòu) 101
5.3.2 神經(jīng)控制器的訓(xùn)練與學(xué)習(xí)算法 102
5.4 Matlab神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱及其仿真 106
5.4.1 Matlab神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱圖形用戶
界面設(shè)計 106
5.4.2 基于Simulink的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其
控制仿真 107
5.5 本章小結(jié) 109
習(xí)題5 109
第6章 學(xué)習(xí)控制 111
6.1 學(xué)習(xí)控制概述 112
6.1.1 學(xué)習(xí)控制的定義與研究意義 112
6.1.2 學(xué)習(xí)控制的發(fā)展及其與自適應(yīng)
控制的關(guān)系 114
6.1.3 對學(xué)習(xí)控制的要求 116
6.2 學(xué)習(xí)控制方案 117
6.2.1 基于模式識別的學(xué)習(xí)控制 117
6.2.2 迭代學(xué)習(xí)控制 120
6.2.3 重復(fù)學(xué)習(xí)控制 122
6.2.4 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)控制 123
6.3 學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)應(yīng)用舉例 123
6.3.1 無縫鋼管張力減徑過程壁厚控制
迭代學(xué)習(xí)控制算法 124
6.3.2 鋼管壁厚迭代學(xué)習(xí)控制的仿真及
應(yīng)用結(jié)果 125
6.4 本章小結(jié) 129
習(xí)題6 130
第7章 進化控制與免疫控制 131
7.1 遺傳算法簡介 132
7.1.1 遺傳算法的基本原理 132
7.1.2 遺傳算法的求解步驟 135
7.2 進化控制基本原理 137
7.2.1 進化控制原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 137
7.2.2 進化控制的形式化描述 139
7.3 進化控制系統(tǒng)示例 140
7.4 免疫算法和人工免疫系統(tǒng)原理 142
7.4.1 自然免疫系統(tǒng)的概念、組成與功能 142
7.4.2 免疫算法的提出和定義 144
7.4.3 免疫算法的步驟和框圖 145
7.5 免疫控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 148
7.6 免疫控制系統(tǒng)示例 149
7.7 本章小結(jié) 151
習(xí)題7 152
第8章 多真體控制 153
8.1 分布式人工智能與真體（Agent） 154
8.1.1 分布式人工智能 154
8.1.2 Agent及其特性 154
8.1.3 真體的結(jié)構(gòu) 156
8.2 多真體系統(tǒng) 157
8.2.1 多真體系統(tǒng)的模型和結(jié)構(gòu) 157
8.2.2 多真體系統(tǒng)的協(xié)作、協(xié)商和協(xié)調(diào) 158
8.2.3 多真體系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與規(guī)劃 161
8.3 多真體控制系統(tǒng)的工作原理 161
8.3.1 MAS控制系統(tǒng)的基本原理和結(jié)構(gòu) 161
8.3.2 MAS控制系統(tǒng)的信息模型 165
8.4 本章小結(jié) 167
習(xí)題8 168
第9章 網(wǎng)絡(luò)控制 169
9.1 計算機網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)控制基礎(chǔ) 170
9.1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)及其結(jié)構(gòu) 170
9.1.2 數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)通信 171
9.1.3 網(wǎng)絡(luò)控制的基本問題 172
9.2 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與特點 173
9.2.1 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的一般原理與結(jié)構(gòu) 173
9.2.2 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的特點與影響因素 176
9.3 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的性能評價標(biāo)準 178
9.3.1 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量 178
9.3.2 系統(tǒng)控制性能 179
9.4 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的應(yīng)用舉例 179
9.4.1 煙草包裝網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)的工作
原理 179
9.4.2 煙草包裝網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)的功能
與特色 183
9.5 本章小結(jié) 183
習(xí)題9 184
第10章 復(fù)合智能控制 185
10.1 復(fù)合智能控制概述 186
10.2 模糊神經(jīng)復(fù)合控制原理 187
10.3 模糊神經(jīng)復(fù)合控制系統(tǒng)舉例 189
10.3.1 自學(xué)習(xí)模糊神經(jīng)控制模型 189
10.3.2 自學(xué)習(xí)模糊神經(jīng)控制算法 190
10.3.3 弧焊過程自學(xué)習(xí)模糊神經(jīng)控制系統(tǒng) 192
10.4 專家模糊復(fù)合控制器 193
10.4.1 專家模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 193
10.4.2 專家模糊控制系統(tǒng)示例 194
10.5 仿人控制 196
10.5.1 仿人控制的基本原理和原型算法 196
10.5.2 仿人控制器的屬性與設(shè)計依據(jù) 198
10.5.3 仿人智能控制器的設(shè)計與實現(xiàn)
步驟 200
10.6 本章小結(jié) 203
習(xí)題10 203
附錄 各章教學(xué)重點、難點和要求 205
參考文獻 209

1. 信息技術(shù)基礎(chǔ)（麒麟操作系統(tǒng)+WPS Office） [主編　芮雪　蔣莉　王亮亮]
2. Office高級應(yīng)用項目式教程（第2版） [主編 李觀金 張倩文 黎夏克 ]
3. 巧用翻譯學(xué)英語：英漢互譯500例 [王學(xué)文 著]
4. 高等教育多維評價體系構(gòu)建與高質(zhì)量發(fā)展研究 [張妍 著]
5. 系統(tǒng)規(guī)劃與管理師章節(jié)習(xí)題與考點特訓(xùn)（第二版） [主編 薛大龍]
6. 計算機操作系統(tǒng)實踐指導(dǎo)（openEuler版） [主編 秦光 曾陳萍 岳付強]
7. 信息系統(tǒng)管理工程師真題及模考卷精析（適用機考） [主 編 薛大龍 程 剛 上官緒]
8. 航海類院校體育教育教學(xué)研究 [張利超 李寧 著]
9. 新時代背景下我國職業(yè)教育產(chǎn)教融合長效機制建設(shè)研究 [王玉賢 著]
10. 電路分析 [主編 李飛 毛先柏]
11. 信息系統(tǒng)管理工程師（適用第2版大綱）一站通關(guān) [指尖瘋　編著]
12. 傳統(tǒng)山水畫論解讀與實踐 [陳鈉 著]
13. 網(wǎng)絡(luò)工程師備考一本通（適配第6版考綱） [夏杰 編著]
14. 陳孝云的職教理想與情懷 [祝吉太 江傳瑞 張義廷 著]
15. 地方本科院校電子信息學(xué)科課程思政案例集 [王甫]
16. Excel數(shù)據(jù)處理與分析（第二版） [主編 張志明 鄒 蕾]
17. 網(wǎng)絡(luò)工程師5天修煉（適配第6版考綱） [主編　朱小平 施游]
18. 倉儲管理實務(wù)（第二版） [周寧武 編著]
19. 基于AE與C#的地理信息系統(tǒng)二次開發(fā) [李小根 賈艷昌 喬翠平 姜彤 ]
20. 2023年長沙市文化和旅游業(yè)發(fā)展報告 [主編 陳莉]
21. 舞臺化妝造型設(shè)計 [主編 劉思彤 張 濤 張憶雨]
22. 產(chǎn)教融合視角高校體育專業(yè)實踐教學(xué)體系構(gòu)建研究 [楊柳青 葉華兵 著]
23. 知識圖譜及應(yīng)用案例 [張善文 黃文準 于長青 陳明淑]
24. Python程序設(shè)計案例教程（微課版） [主編　石利平　田輝平　余以勝]
25. 皓月繁星：青少年兒童心理成長手冊 [主　編　林贊歌 副主編　杜志南]
26. 材料力學(xué) [章寶華 趙新勝 徐斌]
27. 系統(tǒng)集成項目管理工程師考試32小時通關(guān)（第3版） [主編　薛大龍 副主編　上官緒陽]
28. 軟考論文高分特訓(xùn)與范文10篇——系統(tǒng)分析師（第二版） [薛大龍 鄒月平 施游]
29. 黃河海勃灣水利樞紐防凌安全運行 [王戰(zhàn)領(lǐng) 王叢發(fā) 范瑜彬 著]
30. 大學(xué)生心理健康教育 [方雄 著]