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    王飞跃
    《智能控制:方法与应用》前言 精选
    2020-9-28 09:47
    阅读:2107

    《智能控制:方法与应用》

    前言

     

    智能控制与人工智能同源同根,是智能方法走向应用进而完成其最终使命所必不可少的一个重要且关键性环节。同人工智能一样,关于智能控制的原始思想和实践可以追溯到人类发展历史的早期,因为探索智能并利用相关成果去认识和改造世界是人的天性。上世纪三十年代提出的图灵机和随之兴起的自动机研究热潮,加之维纳的控制论及其伴生的人工智能,特别是学习机器和学习控制的理论普及和应用深入,促使人工智能控制、智能自动机、移动自动机等概念和原型系统应运而生,最终形成了智能控制这一独立的研究应用领域。


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    在科学文献上,华人学者、国际模式识别和机器智能的开拓者傅京孙(K. S. Fu)教授于1971年首次提出“智能控制”一词,认为人工智能与自动控制的有机结合,必将导致从学习控制到智能控制的自然延伸和发展。傅京孙先生的远见和愿景,激发了研究人员对智能控制的广泛兴趣并成为此领域研究的催化剂。随后,从20世纪70年代初至九十年代中期,傅先生的同事萨里迪斯(George N. Saridis)教授以信息论中的熵概念为核心,引入运筹学和决策论,提出了智能控制系统的分层递阶结构和学习算法,阐述了传统控制、学习控制、自适应控制、机器人控制和智能控制之间的天然联系,并组织相应专业学会与期刊,为这一新兴领域的早期发展与成长壮大做出了重要贡献。


    五十年来,智能控制已形成众多成熟成体系的算法与平台,并在工业、农业、交通和航空航天等许多领域得到了广泛而深入的应用。传统和现代控制在工业自动化过程中发挥了极其重要的作用,使我们的社会发展到目前的工业化水平;相信在从工业化向智能化进军的征程中,智能控制会在知识自动化中发挥更加重要和关键的作用,成为社会智能化的新技术——智能技术的核心与支撑。

     

    今天,深度学习、宽度学习、对抗学习、平行学习等新智能算法已将人工智能的研究与应用推向了一个新的历史水平,引发世界范围的关注与兴趣。针对这一重大发展机遇,为了确保创新型国家和科技强国的建设,国务院于2017年7月20日发布《新一代人工智能发展规划》,明确提出许多智能控制的研发要求,包括自主协同控制、优化决策、平行控制与管理等等。一方面,智能控制的发展可以极大地促进我国新一代人工智能发展进程;另一方面,智能控制的研发是实现智能制造,建设制造强国之根本。无论是流程工业智能化、离散过程智能化、网络化协同制造智能化、生产全生命周期活动管理智能化,智能控制都是其从信息化和自动化迈向智能化的基础和核心,是实现智能工厂企业和智慧社会的必要条件。为此,首当其冲的任务就是尽快高质量地培养智能控制人才并普及相关的知识与技术。然而,虽然过去三十年已有许多智能控制的专著和教科书出版,但理论、方法和应用与时代要求相对脱节,难以使学生全面深刻地认识新一代智能控制并掌握其核心思想与技术。


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    针对智能科技人才大量短缺及教材严重不足的情况,2017年秋至2018年初,教育部和中国科协分别制定发布了《高等学校引领人工智能创新行动计划》和《关于开展新一代信息技术系列丛书推广工作的通知》,并于2018年春召开了《新一代人工智能系列教材编委会工作规划会议》和《智能制造“大学加课”教材编写启动会》,中国自动化学会响应国家的号召,积极参加这些会议,并应中国科协智能制造学会联合体之邀,承担了智能控制的课程教材编写任务。2018年2月7日,由学会副理事长兼秘书长王飞跃汇报《智能控制:方法与应用》一书编写的大纲和组织工作,得到了智能制造学会联合体的批准,正式启动相关工作。2018年3月24日,中国自动化学会在中科院自动化所召开编委会第一次工作会议,确定王飞跃和陈俊龙为《智能控制:方法与应用》主编,并成立指导委员会和编委会,制定内容和格式的编写标准,全面开展编写工作。

     

    为此,中国自动化学会召集来自中科院自动化研究所、清华大学、复旦大学、浙江大学、上海交通大学、东南大学、北京理工大学、哈尔滨工业大学、武汉大学、澳门大学、北京交通大学、中南大学、福州大学、国防科技大学、北京科技大学、华南理工大学、广东工业大学、辽宁工业大学、西北工业大学、浙江工业大学、北京科技大学、青岛科技大学、中国科学技术大学、中国科学院数学与系统科学研究院、青岛智能产业技术研究院、青岛慧拓智能机器有限公司及上海乂学教育科技有限公司相关专家,致力于为高校教师和学生提供全面、深入、实用、并与时代科技密切结合的普及性教材。编写期间,编委会召开了三次工作会议,参加专家认真负责,为高质量地完成本书的撰写付出了辛勤的劳动和心血。

     

    本书以高校本科生、研究生和青年教师为读者对象,系统地阐述了主流的智能控制概念、框架、流程、方法和算法,并简要地介绍了智能控制技术的应用领域和典型案例,希望有助于读者全面深入地了解智能控制理论与方法。本书分为上下两册: 上册介绍了智能控制的理论与体系及其发展的历史背景,主要包括学习控制、基于形式系统与逻辑的智能控制、多智能体控制、计算智能控制、网络控制、数据驱动控制、平行控制、智能PID控制、模糊控制及神经网络控制等主流和新兴的方法,并对回归及优化、系统辨识与动态系统建模进行了简要描述;下册主要介绍了智能控制的算法与应用及其发展的思路背景,主要包括强化学习控制、智能自适应控制、遗传理论控制、混合智能控制和自适应动态规划控制等主流算法,并对其在流程工业过程、智能汽车、智能交通、智能电网、智能机器人和无人机的应用进行简要地描述。

     

    本书可做为理工科高校本科生和研究生的课程教材,也可供相关工程技术人员和科研工作者自学和参考。由于编著者水平有限,编写时间较短,书中如有不妥乃至谬误之处,敬请读者批评指正。

     

    最后,我们向为本书的编写提供大力指导和大力帮助的中国科协智能制造学会联合体和中国自动化学会办公室及复杂系统管理与控制国家重点实验室的工作人员深表感谢。

     

    王飞跃

    中国科学院自动化研究所

    复杂系统管理与控制国家重点实验室

     

    陈俊龙

    澳门大学

    转载本文请联系原作者获取授权,同时请注明本文来自王飞跃科学网博客。

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