智能控制導(dǎo)論（第四版）

以蔡自興教授提出的全新的“智能控制學(xué)科體系思想”指導(dǎo)全書。

構(gòu)建全新的內(nèi)容架構(gòu)：基于知識的智能控制、基于數(shù)據(jù)的智能控制、知識與數(shù)據(jù)復(fù)合智能控制、智能控制的算法與算力、智能控制的應(yīng)用。

注重理論創(chuàng)新，做到技術(shù)理論與實踐應(yīng)用相統(tǒng)一。

當(dāng)前，人工智能及其產(chǎn)業(yè)化熱潮已在國內(nèi)外洶涌澎湃，令人鼓舞。《智能控制導(dǎo)論（第四版）》的修訂與出版，正適應(yīng)智能控制新發(fā)展的需要，將為我國智能控制的人才培養(yǎng)做出積極貢獻(xiàn)。

《智能控制導(dǎo)論（第四版）》介紹智能控制的基本原理及其應(yīng)用，涉及的智能控制系統(tǒng)包括遞階控制、專家控制、模糊控制、神經(jīng)控制、進(jìn)化控制、網(wǎng)絡(luò)控制和學(xué)習(xí)控制等。本次修訂以作者提出的智能控制學(xué)科體系思想為指導(dǎo)，對全書架構(gòu)和內(nèi)容進(jìn)行全面調(diào)整和更新，將智能控制分為基于知識的智能控制、基于數(shù)據(jù)的智能控制、知識與數(shù)據(jù)復(fù)合智能控制、智能控制的算法和編程以及智能控制的算力與架構(gòu)等部分。新增補(bǔ)的內(nèi)容體現(xiàn)對智能控制的創(chuàng)新，這些內(nèi)容涉及人工智能的核心要素和學(xué)科體系、智能控制的學(xué)科體系和系統(tǒng)分類、學(xué)習(xí)控制方案和應(yīng)用、復(fù)合智能控制原理模型和控制算法、智能控制的算法以及智能控制的算力等。其中許多內(nèi)容都是第一次出現(xiàn)。

誠摯感謝張鐘俊、高為炳、馮純伯、吳宏鑫、戴汝為等院士和許多智能控制專家對本人以往多部的智能控制著作作序、給予的關(guān)心與指教，衷心感謝國家教育部對我主持的國家級精品課程“智能控制”和“人工智能”、國家級精品資源共享課程“智能控制”和“人工智能”以及國家級“智能科學(xué)基礎(chǔ)系列課程教學(xué)團(tuán)隊”等項目的立項與支持。特別感謝新世紀(jì)電子信息與自動化系列課程改革教材編審委員會和全國控制類國家級教學(xué)團(tuán)隊合作聯(lián)盟及其成員高校對本教材的關(guān)愛與鼓勵。編審委員會主任委員、全國高等學(xué)校第一屆國家級教學(xué)名師、國防科技大學(xué)鄒逢興教授不僅為新世紀(jì)電子信息與自動化系列課程改革教材作了總序，現(xiàn)在又為《智能控制導(dǎo)論（第四版）》專門作序，體現(xiàn)了鄒教授對智能控制科技發(fā)展的高見和對智能控制課程教材建設(shè)的關(guān)注以及對本人和本教材的充分肯定和大力支持。對此，我深表感謝！感謝中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能控制研究所和湖南省自興人工智能研究院的厚愛與幫助，感謝肖曉明、余伶俐、肖赤心、王晶、蔡競峰、任孝平、陳白帆、劉芳等參加本書研討或提供了富有參考價值的國內(nèi)外智能控制文獻(xiàn)，由衷感謝中國水利水電出版社副總編輯楊慶川和責(zé)任編輯楊元泓等出版人員為本書付出的辛勤勞動。他們的鼓勵、支持與幫助是本書順利出版的重要保證。

本書是國家級精品課程和國家級精品資源共享課程“智能控制”的配套教材以及新世紀(jì)電子信息與自動化系列課程改革教材，可作為全國普通高校和職業(yè)高校的自動化、電氣工程與自動化、智能科學(xué)與技術(shù)、測控工程、信息工程、機(jī)器人、人工智能、機(jī)電工程和電子工程等專業(yè)的本科生智能控制類課程教材或教學(xué)參考書，也可供從事智能控制和智能系統(tǒng)研究、設(shè)計、開發(fā)與應(yīng)用的科技工作者參考。

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由于修訂時間比較匆促以及作者的知識和能力所限，本書可能還存在一些不足之處，熱誠歡迎廣大專家、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

2024年1月27日

于長沙德怡園

總序
序
前言

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(jī)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 智能控制的定義、特點與一般結(jié)構(gòu) 6
1.2.1 智能控制的定義與特點 6
1.2.2 智能控制器的設(shè)計特點與一般
結(jié)構(gòu) 7
1.3 智能控制的學(xué)科結(jié)構(gòu)理論 8
1.3.1 二元交集結(jié)構(gòu)理論 8
1.3.2 三元交集結(jié)構(gòu)理論 9
1.3.3 四元交集結(jié)構(gòu)理論 10
1.4 智能控制的學(xué)科體系與系統(tǒng)分類 12
1.4.1 人工智能的核心要素和學(xué)科體系 12
1.4.2 智能控制的學(xué)科體系與系統(tǒng)分類 14
1.5 本章小結(jié) 18
習(xí)題1 18
第1篇 基于知識的智能控制

第2章 遞階控制 21
2.1 遞階智能機(jī)器的一般結(jié)構(gòu) 22
2.2 遞階智能控制系統(tǒng)舉例 24
2.2.1 汽車自主駕駛系統(tǒng)的組成 24
2.2.2 汽車自主駕駛系統(tǒng)的遞階結(jié)構(gòu) 25
2.2.3 自主駕駛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與控制算法 28
2.2.4 自主駕駛系統(tǒng)的試驗結(jié)果 29
2.3 本章小結(jié) 30
習(xí)題2 30
第3章 專家控制 31
3.1 專家系統(tǒng)的基本概念 32
3.1.1 專家系統(tǒng)的定義與一般結(jié)構(gòu) 32
3.1.2 專家系統(tǒng)的建立步驟 34
3.2 專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu) 34
3.2.1 基于規(guī)則的專家系統(tǒng) 34
3.2.2 基于框架的專家系統(tǒng) 36
3.2.3 基于模型的專家系統(tǒng) 37
3.3 專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與類型 39
3.3.1 專家控制系統(tǒng)的控制要求
與設(shè)計原則 39
3.3.2 專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 41
3.3.3 專家控制系統(tǒng)的類型 45
3.4 專家控制系統(tǒng)應(yīng)用舉例 45
3.4.1 實時控制系統(tǒng)的特點與要求 45
3.4.2 高爐監(jiān)控專家系統(tǒng) 46
3.5 本章小結(jié) 49
習(xí)題3 49
第4章 模糊控制 51
4.1 模糊數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 52
4.1.1 模糊集合、模糊邏輯及其運算 52
4.1.2 模糊關(guān)系與模糊變換 54
4.1.3 模糊邏輯語言 56
4.2 模糊推理與模糊判決 57
4.2.1 模糊邏輯推理 57
4.2.2 模糊判決方法 61
4.3 模糊控制系統(tǒng)的原理與結(jié)構(gòu) 63
4.3.1 模糊控制原理 63
4.3.2 模糊控制系統(tǒng)的工作原理 64
4.4 模糊控制器的設(shè)計 65
4.4.1 模糊控制器的設(shè)計內(nèi)容與原則 65
4.4.2 模糊控制器的控制規(guī)則形式 68
4.5 模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計方法 69
4.5.1 模糊系統(tǒng)設(shè)計的查表法 69
4.5.2 模糊系統(tǒng)設(shè)計的梯度下降法 71
4.5.3 模糊系統(tǒng)設(shè)計的遞推最小二乘法 74
4.5.4 模糊系統(tǒng)設(shè)計的聚類法 75
4.6 模糊控制器的設(shè)計實例與實現(xiàn) 76
4.6.1 模糊控制器設(shè)計 77
4.6.2 模糊控制器的在線實現(xiàn) 79
4.7 本章小結(jié) 82
習(xí)題4 83

第2篇 基于數(shù)據(jù)的智能控制

第5章 神經(jīng)控制 87
5.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初步知識 88
5.1.1 神經(jīng)元及其特性 88
5.1.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與智能控制 89
5.1.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本類型和
學(xué)習(xí)算法 90
5.1.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的典型模型 93
5.2 神經(jīng)控制的結(jié)構(gòu)方案 96
5.2.1 NN學(xué)習(xí)控制 96
5.2.2 NN直接逆模控制與內(nèi)模控制 97
5.2.3 NN自適應(yīng)控制 98
5.3 深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí) 100
5.3.1 深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 100
5.3.2 深度學(xué)習(xí)的定義與特點 100
5.5.3 深度學(xué)習(xí)的常用模型 101
5.3.4 深度學(xué)習(xí)應(yīng)用舉例 106
5.4 神經(jīng)控制器的設(shè)計 106
5.4.1 神經(jīng)控制系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容和
結(jié)構(gòu) 107
5.4.2 神經(jīng)控制器的訓(xùn)練與學(xué)習(xí)算法 108
5.5 本章小結(jié) 111
習(xí)題5 111
第6章 進(jìn)化控制 113
6.1 遺傳算法簡介 114
6.1.1 遺傳算法的基本原理 114
6.1.2 遺傳算法的求解步驟 117
6.2 進(jìn)化控制基本原理 119
6.2.1 進(jìn)化控制原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 119
6.2.2 進(jìn)化控制的形式化描述 121
6.3 進(jìn)化控制系統(tǒng)示例 122
6.4 本章小結(jié) 124
習(xí)題6 124
第7章 網(wǎng)絡(luò)控制 125
7.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)控制基礎(chǔ) 126
7.1.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其結(jié)構(gòu) 126
7.1.2 數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)通信 127
7.1.3 網(wǎng)絡(luò)控制的基本問題 128
7.2 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與特點 129
7.2.1 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的一般原理
與結(jié)構(gòu) 129
7.2.2 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的特點與影響
因素 132
7.3 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的性能評價標(biāo)準(zhǔn) 134
7.4 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的應(yīng)用舉例 135
7.4.1 煙草包裝網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)的
工作原理 135
7.4.2 煙草包裝網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)的
功能與特點 138
7.5 本章小結(jié) 139
習(xí)題7 140

第3篇 知識與數(shù)據(jù)復(fù)合智能控制

第8章 學(xué)習(xí)控制 143
8.1 學(xué)習(xí)控制概述 144
8.1.1 學(xué)習(xí)控制的定義 144
8.1.2 學(xué)習(xí)控制的發(fā)展及其與自適應(yīng)
控制的關(guān)系 145
8.1.3 控制律映射及對學(xué)習(xí)控制的要求 147
8.2 學(xué)習(xí)控制方案 148
8.2.1 基于模式識別的學(xué)習(xí)控制 149
8.2.2 迭代學(xué)習(xí)控制 151
8.2.3 增強(qiáng)學(xué)習(xí)控制 154
8.2.4 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)控制 157
8.3 學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)應(yīng)用舉例 157
8.3.1 無縫鋼管張力減徑過程壁厚
控制迭代學(xué)習(xí)控制算法 157
8.3.2 鋼管壁厚迭代學(xué)習(xí)控制的
仿真及應(yīng)用結(jié)果 159
8.4 本章小結(jié) 161
習(xí)題8 161
第9章 復(fù)合智能控制 163
9.1 復(fù)合智能控制概述 164
9.2 模糊神經(jīng)復(fù)合控制原理 165
9.3 自學(xué)習(xí)模糊神經(jīng)控制系統(tǒng) 167
9.3.1 自學(xué)習(xí)模糊神經(jīng)控制模型 167
9.3.2 自學(xué)習(xí)模糊神經(jīng)控制算法 168
9.3.3 弧焊過程自學(xué)習(xí)模糊神經(jīng)
控制系統(tǒng) 170
9.4 專家模糊復(fù)合控制器 171
9.4.1 專家模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 171
9.4.2 專家模糊控制系統(tǒng)示例 172
9.5 本章小結(jié) 174
習(xí)題9 175

第4篇 智能控制的算法與算力

第10章 智能控制算法與編程 179
10.1 智能控制算法的定義、特點與分類 180
10.1.1 智能控制算法的定義與特點 180
10.1.2 智能控制算法的分類 181
10.2 智能控制算法的MATLAB仿真設(shè)計
與實現(xiàn) 182
10.2.1 MATLAB模糊控制工具箱簡介 182
10.2.2 模糊控制算法的仿真程序設(shè)計
與實現(xiàn) 184
10.2.3 MATLAB神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱圖形
用戶界面設(shè)計 185
10.2.4 基于Simulink的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱
及其控制仿真 186
10.3 基于Python的深度學(xué)習(xí)框架設(shè)計 188
10.3.1 Python語言簡介 189
10.3.2 深度學(xué)習(xí)框架發(fā)展 189
10.3.3 深度學(xué)習(xí)開源框架的比較 191
10.3.4 深度學(xué)習(xí)框架基本功能 193
10.4 本章小結(jié) 197
習(xí)題10 198
第11章 智能控制算力及架構(gòu) 199
11.1 智能算力的定義與分類 200
11.1.1 智能算力的定義 200
11.1.2 智能算力和芯片的分類 201
11.2 智能芯片的發(fā)展 202
11.2.1 智能芯片的發(fā)展簡史 202
11.2.2 智能芯片的發(fā)展態(tài)勢 203
11.3 智能控制算力網(wǎng)絡(luò) 204
11.3.1 智能算力網(wǎng)絡(luò)的定義和特征 204
11.3.2 智能算力網(wǎng)絡(luò)的基本架構(gòu)和
工作機(jī)制 205
11.3.3 智能算力網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù) 207
11.3.4 智能算力網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用示例 208
11.4 智能控制算力的研究與應(yīng)用概況 210
11.5 本章小結(jié) 212
習(xí)題11 213
第12章 智能控制的發(fā)展簡史與展望 215
12.1 智能控制發(fā)展簡史 216
12.1.1 國內(nèi)外智能控制發(fā)展過程 216
12.1.2 我國智能控制科技成果 216
12.1.3 我國智能控制教育與人才培養(yǎng) 220
12.1.4 我國智能控制的存在問題 220
12.2 智能控制展望 221
12.2.1 智能控制研究展望 221
12.2.2 智能控制應(yīng)用展望 223
12.2.3 智能控制發(fā)展展望 228
12.3 本章小結(jié) 231
習(xí)題12 231
參考文獻(xiàn) 232
附錄 各章教學(xué)重點、難點和要求 244

1. 零基礎(chǔ)玩轉(zhuǎn)國產(chǎn)大模型DeepSeek [徐永冰 張帥 編著]
2. 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]
3. 信息系統(tǒng)項目管理師考試32小時通關(guān)（適用第4版考綱） [薛大龍]
4. 信息系統(tǒng)管理工程師考試32小時通關(guān)（適配第2版考綱） [薛大龍　劉偉]
5. 土木工程材料檢測實訓(xùn) [洪曉江 達(dá)則曉麗 錢波]
6. 科技信息檢索與論文寫作實用教程 [李振華]
7. 傳統(tǒng)山水畫論解讀與實踐 [陳鈉 著]
8. Python數(shù)據(jù)庫編程 [主編 殷樹友 邢 翀]
9. 計算機(jī)基礎(chǔ)實訓(xùn)指導(dǎo) [主編 袁春萍 朱妮]
10. 嵌入式人工智能技術(shù)應(yīng)用（數(shù)字教材） [主編 胡娜 楊國勇 晏廷榮]
11. Vienna整流器技術(shù) [桂存兵 著]
12. 變頻器與伺服應(yīng)用 [陳剛 葉云飛]
13. 物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)計與實踐 [湯琳 李敏]
14. 爐邊夜話——深入淺出話AI [汪建　著]
15. 電商運營與管理 [鐘肖英 陳瀟]
16. Java面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計 [主編 姜春磊 陳虹潔]
17. 信息技術(shù)基礎(chǔ)（Windows 10+WPS Office）（微課版） [主編　石利平　田輝平　謝盛嘉]
18. 人工智能應(yīng)用 [主編　陳　萍　劉培培　陳孟軍]
19. 大學(xué)生職業(yè)發(fā)展與就業(yè)指導(dǎo) [主編　劉志堅]
20. 高級辦公應(yīng)用項目教程 [主編 屈晶 趙成麗]
21. 微信小程序開發(fā)項目實戰(zhàn)（微課版） [主編 黃龍泉 郭峰 朱倩]
22. 企業(yè)檔案工作實戰(zhàn)寶典百問百答 [華俊 盧秀英 邵甜甜 著]
23. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理及應(yīng)用 [主編 唐繼勇 葉坤 孫夢娜]
24. 大學(xué)生創(chuàng)業(yè)基礎(chǔ) [主編 王麗莉 王 楊]
25. 船舶輔機(jī) [主編 王連海 于洋 姜淑翠]
26. 大學(xué)生就業(yè)指導(dǎo) [主編 王麗莉 董宴廷]
27. 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計師章節(jié)習(xí)題與考點特訓(xùn) [主編 薛大龍 鄒月平]
28. 高校學(xué)生工作探索與實踐 [郭亮 著]
29. 大學(xué)生情商管理 [方雄 著]
30. 2023年長沙市會展業(yè)發(fā)展報告 [主編 周棟良]