智能控制导论（第四版）

以蔡自兴教授提出的全新的“智能控制学科体系思想”指导全书。

构建全新的内容架构：基于知识的智能控制、基于数据的智能控制、知识与数据复合智能控制、智能控制的算法与算力、智能控制的应用。

注重理论创新，做到技术理论与实践应用相统一。

当前，人工智能及其产业化热潮已在国内外汹涌澎湃，令人鼓舞。《智能控制导论（第四版）》的修订与出版，正适应智能控制新发展的需要，将为我国智能控制的人才培养做出积极贡献。

《智能控制导论（第四版）》介绍智能控制的基本原理及其应用，涉及的智能控制系统包括递阶控制、专家控制、模糊控制、神经控制、进化控制、网络控制和学习控制等。本次修订以作者提出的智能控制学科体系思想为指导，对全书架构和内容进行全面调整和更新，将智能控制分为基于知识的智能控制、基于数据的智能控制、知识与数据复合智能控制、智能控制的算法和编程以及智能控制的算力与架构等部分。新增补的内容体现对智能控制的创新，这些内容涉及人工智能的核心要素和学科体系、智能控制的学科体系和系统分类、学习控制方案和应用、复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。其中许多内容都是第一次出现。

诚挚感谢张钟俊、高为炳、冯纯伯、吴宏鑫、戴汝为等院士和许多智能控制专家对本人以往多部的智能控制著作作序、给予的关心与指教，衷心感谢国家教育部对我主持的国家级精品课程“智能控制”和“人工智能”、国家级精品资源共享课程“智能控制”和“人工智能”以及国家级“智能科学基础系列课程教学团队”等项目的立项与支持。特别感谢新世纪电子信息与自动化系列课程改革教材编审委员会和全国控制类国家级教学团队合作联盟及其成员高校对本教材的关爱与鼓励。编审委员会主任委员、全国高等学校第一届国家级教学名师、国防科技大学邹逢兴教授不仅为新世纪电子信息与自动化系列课程改革教材作了总序，现在又为《智能控制导论（第四版）》专门作序，体现了邹教授对智能控制科技发展的高见和对智能控制课程教材建设的关注以及对本人和本教材的充分肯定和大力支持。对此，我深表感谢！感谢中南大学智能系统与智能控制研究所和湖南省自兴人工智能研究院的厚爱与帮助，感谢肖晓明、余伶俐、肖赤心、王晶、蔡竞峰、任孝平、陈白帆、刘芳等参加本书研讨或提供了富有参考价值的国内外智能控制文献，由衷感谢中国水利水电出版社副总编辑杨庆川和责任编辑杨元泓等出版人员为本书付出的辛勤劳动。他们的鼓励、支持与帮助是本书顺利出版的重要保证。

本书是国家级精品课程和国家级精品资源共享课程“智能控制”的配套教材以及新世纪电子信息与自动化系列课程改革教材，可作为全国普通高校和职业高校的自动化、电气工程与自动化、智能科学与技术、测控工程、信息工程、机器人、人工智能、机电工程和电子工程等专业的本科生智能控制类课程教材或教学参考书，也可供从事智能控制和智能系统研究、设计、开发与应用的科技工作者参考。

本课程的网址是：

国家级精品课程《智能控制》网址https://www.icourses.cn/sCourse/course_6696.html

bilibili智能控制26讲网址https://www.bilibili.com/video/av91865493/

由于修订时间比较匆促以及作者的知识和能力所限，本书可能还存在一些不足之处，热诚欢迎广大专家、高校师生和其他读者提出宝贵意见，供下次修订时参考与借鉴。

蔡自兴

2024年1月27日

于长沙德怡园

总序
序
前言

第1章 概述 1
1.1 智能控制的产生与发展 2
1.1.1 自动控制面临的机遇与挑战 2
1.1.2 智能控制的发展和学科的建立 3
1.2 智能控制的定义、特点与一般结构 6
1.2.1 智能控制的定义与特点 6
1.2.2 智能控制器的设计特点与一般
结构 7
1.3 智能控制的学科结构理论 8
1.3.1 二元交集结构理论 8
1.3.2 三元交集结构理论 9
1.3.3 四元交集结构理论 10
1.4 智能控制的学科体系与系统分类 12
1.4.1 人工智能的核心要素和学科体系 12
1.4.2 智能控制的学科体系与系统分类 14
1.5 本章小结 18
习题1 18
第1篇 基于知识的智能控制

第2章 递阶控制 21
2.1 递阶智能机器的一般结构 22
2.2 递阶智能控制系统举例 24
2.2.1 汽车自主驾驶系统的组成 24
2.2.2 汽车自主驾驶系统的递阶结构 25
2.2.3 自主驾驶系统的结构与控制算法 28
2.2.4 自主驾驶系统的试验结果 29
2.3 本章小结 30
习题2 30
第3章 专家控制 31
3.1 专家系统的基本概念 32
3.1.1 专家系统的定义与一般结构 32
3.1.2 专家系统的建立步骤 34
3.2 专家系统的主要类型及其结构 34
3.2.1 基于规则的专家系统 34
3.2.2 基于框架的专家系统 36
3.2.3 基于模型的专家系统 37
3.3 专家控制系统的结构与类型 39
3.3.1 专家控制系统的控制要求
与设计原则 39
3.3.2 专家控制系统的结构 41
3.3.3 专家控制系统的类型 45
3.4 专家控制系统应用举例 45
3.4.1 实时控制系统的特点与要求 45
3.4.2 高炉监控专家系统 46
3.5 本章小结 49
习题3 49
第4章 模糊控制 51
4.1 模糊数学基础 52
4.1.1 模糊集合、模糊逻辑及其运算 52
4.1.2 模糊关系与模糊变换 54
4.1.3 模糊逻辑语言 56
4.2 模糊推理与模糊判决 57
4.2.1 模糊逻辑推理 57
4.2.2 模糊判决方法 61
4.3 模糊控制系统的原理与结构 63
4.3.1 模糊控制原理 63
4.3.2 模糊控制系统的工作原理 64
4.4 模糊控制器的设计 65
4.4.1 模糊控制器的设计内容与原则 65
4.4.2 模糊控制器的控制规则形式 68
4.5 模糊控制系统的设计方法 69
4.5.1 模糊系统设计的查表法 69
4.5.2 模糊系统设计的梯度下降法 71
4.5.3 模糊系统设计的递推最小二乘法 74
4.5.4 模糊系统设计的聚类法 75
4.6 模糊控制器的设计实例与实现 76
4.6.1 模糊控制器设计 77
4.6.2 模糊控制器的在线实现 79
4.7 本章小结 82
习题4 83

第2篇 基于数据的智能控制

第5章 神经控制 87
5.1 人工神经网络的初步知识 88
5.1.1 神经元及其特性 88
5.1.2 神经网络与智能控制 89
5.1.3 人工神经网络的基本类型和
学习算法 90
5.1.4 人工神经网络的典型模型 93
5.2 神经控制的结构方案 96
5.2.1 NN学习控制 96
5.2.2 NN直接逆模控制与内模控制 97
5.2.3 NN自适应控制 98
5.3 深层神经网络与深度学习 100
5.3.1 深层神经网络 100
5.3.2 深度学习的定义与特点 100
5.5.3 深度学习的常用模型 101
5.3.4 深度学习应用举例 106
5.4 神经控制器的设计 106
5.4.1 神经控制系统的设计内容和
结构 107
5.4.2 神经控制器的训练与学习算法 108
5.5 本章小结 111
习题5 111
第6章 进化控制 113
6.1 遗传算法简介 114
6.1.1 遗传算法的基本原理 114
6.1.2 遗传算法的求解步骤 117
6.2 进化控制基本原理 119
6.2.1 进化控制原理与系统结构 119
6.2.2 进化控制的形式化描述 121
6.3 进化控制系统示例 122
6.4 本章小结 124
习题6 124
第7章 网络控制 125
7.1 计算机网络与网络控制基础 126
7.1.1 计算机网络及其结构 126
7.1.2 数据通信与网络通信 127
7.1.3 网络控制的基本问题 128
7.2 网络控制系统的结构与特点 129
7.2.1 网络控制系统的一般原理
与结构 129
7.2.2 网络控制系统的特点与影响
因素 132
7.3 网络控制系统的性能评价标准 134
7.4 网络控制系统的应用举例 135
7.4.1 烟草包装网络测控系统的
工作原理 135
7.4.2 烟草包装网络测控系统的
功能与特点 138
7.5 本章小结 139
习题7 140

第3篇 知识与数据复合智能控制

第8章 学习控制 143
8.1 学习控制概述 144
8.1.1 学习控制的定义 144
8.1.2 学习控制的发展及其与自适应
控制的关系 145
8.1.3 控制律映射及对学习控制的要求 147
8.2 学习控制方案 148
8.2.1 基于模式识别的学习控制 149
8.2.2 迭代学习控制 151
8.2.3 增强学习控制 154
8.2.4 基于神经网络的学习控制 157
8.3 学习控制系统应用举例 157
8.3.1 无缝钢管张力减径过程壁厚
控制迭代学习控制算法 157
8.3.2 钢管壁厚迭代学习控制的
仿真及应用结果 159
8.4 本章小结 161
习题8 161
第9章 复合智能控制 163
9.1 复合智能控制概述 164
9.2 模糊神经复合控制原理 165
9.3 自学习模糊神经控制系统 167
9.3.1 自学习模糊神经控制模型 167
9.3.2 自学习模糊神经控制算法 168
9.3.3 弧焊过程自学习模糊神经
控制系统 170
9.4 专家模糊复合控制器 171
9.4.1 专家模糊控制系统的结构 171
9.4.2 专家模糊控制系统示例 172
9.5 本章小结 174
习题9 175

第4篇 智能控制的算法与算力

第10章 智能控制算法与编程 179
10.1 智能控制算法的定义、特点与分类 180
10.1.1 智能控制算法的定义与特点 180
10.1.2 智能控制算法的分类 181
10.2 智能控制算法的MATLAB仿真设计
与实现 182
10.2.1 MATLAB模糊控制工具箱简介 182
10.2.2 模糊控制算法的仿真程序设计
与实现 184
10.2.3 MATLAB神经网络工具箱图形
用户界面设计 185
10.2.4 基于Simulink的神经网络工具箱
及其控制仿真 186
10.3 基于Python的深度学习框架设计 188
10.3.1 Python语言简介 189
10.3.2 深度学习框架发展 189
10.3.3 深度学习开源框架的比较 191
10.3.4 深度学习框架基本功能 193
10.4 本章小结 197
习题10 198
第11章 智能控制算力及架构 199
11.1 智能算力的定义与分类 200
11.1.1 智能算力的定义 200
11.1.2 智能算力和芯片的分类 201
11.2 智能芯片的发展 202
11.2.1 智能芯片的发展简史 202
11.2.2 智能芯片的发展态势 203
11.3 智能控制算力网络 204
11.3.1 智能算力网络的定义和特征 204
11.3.2 智能算力网络的基本架构和
工作机制 205
11.3.3 智能算力网络的关键技术 207
11.3.4 智能算力网络的应用示例 208
11.4 智能控制算力的研究与应用概况 210
11.5 本章小结 212
习题11 213
第12章 智能控制的发展简史与展望 215
12.1 智能控制发展简史 216
12.1.1 国内外智能控制发展过程 216
12.1.2 我国智能控制科技成果 216
12.1.3 我国智能控制教育与人才培养 220
12.1.4 我国智能控制的存在问题 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 智能控制应用展望 223
12.2.3 智能控制发展展望 228
12.3 本章小结 231
习题12 231
参考文献 232
附录 各章教学重点、难点和要求 244

1. 输水管线工程风险管理 [张勇 党亥生 著]
2. 民用航空飞机标准线路施工 [主编　王志敏　陈明]
3. 不息的水脉—大运河讲谈录 [赵珩　著]
4. 实用运筹学 [主编　邢育红　于晋臣]
5. 三峡梯级电站水资源决策支持系统研究与开发 [姚华明 潘红忠 汤正]
6. 海南黎族民俗文化鉴赏 [庞国华　著]
7. 石墨烯在太赫兹及中红外频段电磁器件设计中的应用 [李艳秀 庄华伟 著]
8. 电子技术（第二版） [主编 覃爱娜 李飞]
9. 办公自动化高级应用 [陈萍 朱晓玉]
10. 信息处理技术员考试32小时通关 [薛大龙]
11. 电子产品设计案例教程（微课版）—基于嘉立创EDA（专业版） [王静 莫志宏 陈学昌 丁红]
12. C程序设计实践教程 [刘卫国]
13. C程序设计（慕课版） [刘卫国]
14. Web技术开发教程（基于.NET开源MVC框架） [王合闯 韩红玲 王青正 陈海蕊]
15. 商务英语翻译教程（笔译）（第四版） [主编 王军平]
16. 智慧零售技术与应用 [洪旭 著]
17. 建设工程法规实务 [主编 余滢]
18. 商务秘书理论与实务（第三版） [主编 张同钦]
19. 程序设计基础实践教程（C/C++语言版） [张桂芬 葛丽娜]
20. C++案例项目精讲 [主编 杨国兴]
21. 劳动争议处理实务 [主编 王秀卿 罗静]
22. 工程数学 [主编 郭立娟 王海]
23. 语音识别理论与实践 [主编　莫宏伟]
24. 信息系统项目管理师章节习题与考点特训（第二版） [主编 薛大龙]
25. 武术基础教程 [主编 李代勇 谢志民]
26. 计算机网络实训教程 [主编 张浩军 赵玉娟]
27. 画法几何与机械制图习题集（多学时） [主编 赵军]
28. HCIA-Datacom认证题库分类精讲 [主 编 韩立刚]
29. SwiftUI完全开发 [李智威 著]
30. 网络规划设计师备考一本通 [夏杰 编著]