智能控制国外研究现状论文

国外研究状况 智能交通系统（ITS）在日本发展于70年代，从1973年到1978年，日本成功开展了一个叫动态路径诱导系统的实验，在这个试验中车上的驾驶员可以根据车上装载的显示器显示的道路拥堵情况及诱导方向，选择自己达到目的地的最佳路线。从80年代中期至90年代中期这十年间,日本先后完成了道路与车辆之间的通信系统、交通信息通信系统、超智能车辆系统、安全车辆系统、新交通管理系统等方面的研究，在此基础上，1994年1月，由日本警察厅，通产省，运输省，邮电省等四个部门联合成立了日本道路车辆交通智能化推进协会用以推动ITS在日本的发展。 美国交通系统的智能化是研究最早的，始于上世纪60年代末，那时叫做电子路径导向系统（ERGS）。中间暂停了十多年，到80年代中期后以加州交通部门研究的驾驶员寻路系统获得了成功为契机，在美国全国开展了被称为智能化车辆——道路系统（IVHS）的研究，在1991年成立了美国智能交通系统协会,主要宗旨是帮助和加速智能交通系统在政府和民间企业的发展，从而有力的促进美国智能交通系统的研究的发展。1991年美国总统签署了综合提高陆上交通效率法案，又称冰茶法案，把开发研究智能化车辆——道路系统作为国策，并给与充足的财政支持。19945年将美国IVHS改名美国ITS以表明这方面的研究开发不仅限于车辆和道路，而推广到一切交通工具和交通中所组成的智能化系统。 国内研究状况 目前我国的城市道路交叉口的交通信号灯虽然是自动的，但是仔细的会发现红绿灯转换是定时状态的，即转换间隔时间是固定不变的，定时式的交通灯是不和实际要求需要的，如果东西和南北方向的车流量相差很大，而交通灯是平均分配导通时间，就会出现一方面车挤一方面车松的尴尬状况，就会造成城市间的道路交通拥挤局面，这就是机器自动控制不如现场人工指挥的差别。然而人工指挥劳动强度大，我们应该充分发挥计算机的作用，用计算机模拟人工智能来控制交通灯，从而提高社会效益和时间节约率。国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：1．两车道的车辆轮流放行时间相同且固定，在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。2．没有考虑紧急车通过时，两车道应采取的措施，臂如，消防车执行紧急任务通过时，两车道的车都应停止，让紧急车通过。

自动化科学作为一门学科起源于 20 世纪初，自动化科学与技术的基础理论来自于 物理等自然科学和数学、系统科学、社会科学等基础科学。自动控制理论在现代科学 技术的发展中有着重要的地位，起着重要的作用。在第 40 届 IEEE 决策与控制年会的 全会开篇报告中，美国学者 John Doyle 教授引用了国际著名学者，哈佛大学的何数奇 教授的新观点：“控制将是 21 世纪的物理学”。自动控制系统的早期应用可以追溯到两千多年前古埃及的水钟控制与中国汉代的 指南车控制，但当时未建立起自动控制的理论体系。1769 年，英国科学家 James Watt设计的内燃机引发了现代工业革命，1788 年 Watt 为内燃机设计的飞锤调速器会出现 震荡现象，所以后来出现了 Maxwell 对微分方程系统稳定性的理论研究，他指出线性 系统稳定的条件是其特征根均有负实部，Roth 和 Hurwitz 等人提出了间接的稳定判据，使得高阶系统稳定性判定成为可能。控制器的设计问题是由 Minor sky 在 1922 年开始 研究的，其研究成果可以看成是现代广泛应用的 PID 控制器的前身，而 1942 年，Ziegler 和 Nichols 提出了调节 PID（Proportion Integration Differentiation，比例积分微分）控制器参数的经验公式方法，此方法对当今的 PID 控制器整定仍有影响。自动控制理论是自动控制技术的理论基础，是一门理论性较强的科学。按照自动控制理论发展的不同阶段，自动控制理论一般可分为“经典控制理论”和“现代控制 理论”两大部分。20 世纪中叶，由于自动控制技术的发展，逐渐形成并日臻成熟了“经典控制理论”。这些理论主要是以传递函数为基础，研究单输入单输出自动控制系统的分析和设计问 题。采用的方法主要是微分方程分析法、根轨迹分析法和频域分析法。这些方法对控 制系统的分析设计和运行发挥了重要的作用，并积累了丰富的经验，成功地解决了一 系列以输出反馈为主要控制手段的自动控制问题。20 世纪 60 年代开始，由于生产的发展，自动控制系统日趋复杂、规模日趋庞大， 特别是空间技术的发展，使自动控制理论有了一次新的飞跃，逐渐形成了“现代控制理论”。这些理论主要是以状态空间法为基础，研究多输入多输出及变参数、非线性控 制系统的分析设计问题。近年来，由于计算机技术的迅猛发展和应用数学研究的进展，特别是一些新型控制技术，诸如最优控制、自适应控制、预测控制、模糊控制、人工神经网络控制、鲁 棒控制等的出现，使自动控制理论又有了日新月异的发展。目前主要是庞大的系统工 程的基础上发展起来的大系统理论和在模仿人类智能活动的基础上发展起来的智能控 制方面，都取得了许多重大进展。“经典控制理论”和“现代控制理论”是自动控制理论发展的两个阶段，但它们 又是相互联系，相互促进的。“现代控制理论”不能看成是“经典控制理论”简单的延伸和推广，在所采用的数学工具、理论基础、研究方法、研究对象等多方面有着明显 的不同，可以说是一次质的飞跃。但是，这并不意味着这两种方法原理截然分离。特 别是在解决实际工程问题中，许多用经典理论控制解决的问题，同样可以用现代控制理论从方法上看更加完备或结果更强，但是，经典控制理论简洁实效的分析方法和控 制方式，往往是现代控制理论难以实现的。也就是说，它们又有很强的互补性。现代 科学技术的发展和生产技术的提高，为经典和现代控制理论的发展及应用都提供了广阔的前景。系统的频域分析技术是在 Nyquist、Bode、Nichols 等进行的早期关于通信学科的 频域研究工作的基础上建立起来的，Harris 于 1942 年提出的传递函数概念将通信学科的频域技术移植到了控制领域，构成了控制系统频域法理论研究的基础。Evans 在1946 年提出的线性反馈系统的根轨迹分析技术是那个时代的另一个里程碑，在这些成 果的基础上诞生了第一代控制理论——经典控制理论。前苏联学者 Portraying 于 1956 年提出的极大值原理、美国学者 Bellman 的动态 规划和美国学者 Kalmar 的状态空间分析技术开创了控制理论研究的新时代，这三个代 表性成果构成了第二代控制理论——即当时所谓的“现代控制理论”的理论基础。在那个时期以后，控制理论研究中出现了线性二次型最优调节器、极点配置状态反馈、最优状态观测器及线性二次型 Gauss 问题的研究，并在后来出现了引入回路传输恢复 技术的 LQG（Linear Quadratic Gaussian，线性二次高斯）控制器。控制的对象和过程自动地按照预定的规律运行。例如使导弹能够命中目标；宇宙飞船准确地登上月球，并按预定的时间与地点返回地球；机床能够自动加工出符合一 定形状与精度的零件；机器人能按一定的规律进行某种操作；化学反应器在一定的压 力、温度所谓自动控制，就是在没有人直接参与的情况下，通过自动控制装置使被下 反应并生产出合格的产品等，都离不开自动控制理论与自动控制技术的发展。自 20 世纪 40 年代以来自动控制应用的领域越来越广泛，除了在航天航空技术、军事装备及 部门、工业生产过程中，自动控制技术起着特别重要的作用外，目前大至世界及国家 政治经济管理、能源控制、医疗卫生、地区规划、交通运输，小至人的日常生活，都 离不开自动控制理论及自动控制技术的应用。

随着现代科技的进步与发展，工程机械的广泛应用， 工程机械的自动化、智能化水平提高。工程机械的操作与控制实现了自动化、集成化、智能化的结合。在智能化控制系统被引入工程机械控制领域后，给工程机械的发展带来了划时代的变化，工程机械的操作便利性、安全性、经济性都得到了大幅提高。智能化已成为各种工程机械现代化最明显的标志。工程机械的智能化现阶段主要体现在三个方面，智能控制技术、工程机械的智能监控、检测、故障诊断与维护技术，网络机群集成控制。1、智能控制技术 智能控制技术包括，电液控制自动换档变速器技术、无人操作技术、机电液一体化控制技术等等。 电液控制自动换档系统由液压换挡控制系统和电子换挡控制系统两部分组成。电液换档控制系统结构紧凑、体积小、重量轻代替了较复杂的机械联动装置。改善了换档反应的可靠性。自动换档与机电一体化控制技术在工程机械巾的使用广泛。 无人操作技术是机械工程的一个突破性发展。无人操作技术在特定的领域中。如在军事、勘测、高空摄影、易燃易爆地区、高空危险作业区、辐射高危区、卫星探测等领域。需要使用智能化的无人操作机械工程技术。自动化中心无人控制系统，机器人操作、GPS导航、无线、有线网络通讯。无人汽车驾驶等技术都是无人操作技术在机械工程中的应用。20世纪70年代开始，美国、英国、德国等发达国家开始进行无人驾驶汽车的研究。我国国防科技大学在1992成功研制了我国第一辆真正意义上的无人驾驶汽车。2005年首辆城市无人驾驶汽车在上海交通大学研制成功。目前，无人驾驶技术在我闻无人操作技术中的研究和产品开发中取得一定的成果。但是，我国的无人操作技术发展水平较低，如需形成产业化生产还需要付出更多努力。2、工程机械智能监控、检测、故障诊断与维护技术。国外学者对工程机械故障诊断系统进行了大量的研究，已经取得了较为成熟和完善的技术成果，并广泛应用于产品中。如德国OK公司开发的BORD电子监测系统，能监测与液压挖掘机作业和维修有关的全部重要参数，利用微处理机检查挖掘机作业数据、快速监测、评估和显示所计算的数据。可识别发生故障和超出极限值的趋势，在重大事故前显示报警信息。日本日立公司在ZAXIS系列液压挖掘机上安装了电子监测与故障诊断系统。可对挖掘机40种以上的作业状态进行实时检测，包括发动机机油压力、冷却水温度、燃油油位、液压油油位、空滤器堵塞、发动机转速、液压流量和所有电气系统参数。并具备报警功能，同时通过与该机相配的专用检测仪，可自动诊断机器的故障。 国内在工程机械的故障诊断方面的研究起步较晚。但发展较快。近年来，很多高校、科研单位在工程机械故障诊断理论与方法的研究方面取得了很大进展。如西安交通大学的学者首创的全息谱理论，全面集成机器振动的幅、频、相信息。显著提高了故障识别率。清华大学的学者针对滚动轴承故障振动信号的强噪声背景以及现实中不易获取大量典型故障样本的特点。将柔性形态滤波技术用于滚动轴承的缺陷诊万方数据断中，局部存在缺陷的轴承振动信号经过柔性形态滤波后，既可以有效地提取出信号的边缘轮廓和信号的形状特征。同时，又具有稳健性。在实际应用方面。20世纪90年代以来，浙江大学和同济大学等高校的学者开始从事工程机械故障诊断方面的研究。并与长江挖掘机厂、广西玉林柴油机厂等企业合作开发完成了工况监测系统。实时监测液压、发动机、电气运行状态参数。并在液晶显示屏上显示，当检测到故障信息时，通过声、光、图像进行报警。3、网络机群集成控制，机群是将多台不同功能的工程机械利用网络通讯组成—个系统。通过多机协调、联合作业共同完成某一个工程任务。机群控制技术是机群的最优配置或最佳组合。即以机械化作业机群系统为对象，运用统计学、运筹学、模拟仿真等方法。经分析判断建立系统坐标函数，进而采用优化的方法求得系统的最佳结果。使系统中各种机械设备之间在作业相互协调吗，从而获得技术先进、经济合理、运行可靠、工作效率高的机群控制系统。 2003年江苏徐工集团承担完成“机群智能化工程机械”项目。包括智能化摊铺机、拌和站、压路机、装载机、铰接式自卸车和全路面汽车起重机等5种产品。将施工综合效益提高25以上，施工设备维护成本下降20。中科院合肥智能所和合肥叉车厂研制的wD—10型自动多项无轨堆垛机，是我困第一台基于网络控制的高架堆垛叉车。该项技术就融合了机群优化配置、智能调度、协同控制及数据通信技术等。

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