1 第 7 章 专家控制系统

2 7.1 概述 专家系统的起源与发展 专家系统的一般结构 专家系统的知识表示和获取 专家系统的特点及分类

专家系统的起源与发展 从本质上讲，专家系统是一类包含着知 识和推理的智能计算机程序，其内部含 有大量的某个领域专家水平的知识和经 验，能够利用人类专家的知识和解决问 题的方法来处理该领域的问题。

4 专家系统可以解决额问题一般包括解释、 预测、诊断、设计、规划、监视、修理、 指导和控制等。发展专家系统的关键是 表达和运用专家知识，即来自人类的并 已经被证明对解决有关领域内的典型问 题是有用的事实和过程。专家系统和传 统的计算机 “ 应用程序 ” 最本质的不同之 处在于，专家系统所要解决的问题一般 没有算法解，并且经常要在不完全、不 精确或不确定的信息基础上做出结论。

专家系统的一般结构 专家系统由知识库（ Knowledge Base ）、 推理机（ Inference Engine ）、综合数据 库（ Global Database ）、解释接口 （ Explanation Interface ）和知识获取 （ Knowledge Acquisition ）等五部分组 成。

6

专家系统的知识表示和获取 1. 知识的表示 一种好的知识表示方法应具备如下性质： 充分表达：它应当有能力表达有关领域内的各种 所需知识。 充分推理：知识表示的形式应当有利于从旧知识 推出新知识，导出新结构。 有效推理：它应当有能力把附加信息结合到结构 中去，这些信息能使推理机把搜索方向放到最有 希望获得最佳解的方向上。 有效的知识获取：它有能力促使很方便的获取新 知识，更新知识库。

8 2 ．知识的获取 早期专家系统的知识获取工作由知识工 程师完成。 随着专家系统研究的进展，人们研制出 了知识库编辑器，帮助知识工程师完成 知识获取工作。 在知识获取过程中引人机器学习的方法， 促进了专家系统的进一步发展。

专家系统的特点及分类 1. 专家系统的特点 具有专家水平的专门知识 能进行有效的推理 专家系统的透明性和灵活性 具有一定的复杂性与难度

10 2 ．专家系统的分类 诊断型专家系统 解释型专家系统 预测型专家系统 设计型专家系统 决策型专家系统 规划型专家系统 控制专家系统 教学型专家系统 监视型专家系统

专家控制系统的工作原理 专家控制系统的特点 专家控制系统的工作原理 建立专家系统的步骤

专家控制系统的特点 专家控制虽然引用了专家系统的思想和方法， 但它与一般的专家系统还有重要的差别： 通常的专家系统只完成专门领域问题的咨询功 能，它的推理结果一般用于辅助用户的决策； 而专家控制则要求能对控制动作进行独立的、 自动的决策，它的功能一定要具有连续的可靠 性和较强的抗扰性。 通常的专家系统一般处于离线工作方式，而专 家控制则要求在线地获取动态反馈信息，因而 是一种动态系统，它应具有使用的灵活性和实 时性，即能联机完成控制。

专家控制系统的工作原理 专家控制系统有知识基系统、数值算法 库和人－机接口三个并发运行的子过程。 三个运行子过程之间的通信是通过五个 信箱进行的，这五个信箱即出口信箱 （ Outbox ）、人口信箱（ In box ）、应 答信箱（ Answer box ）、解释信箱 （ Result box ）和定时器信箱（ Timer box ）。

14

15 专家控制器通常由知识库（ KB ）、控制规则 集（ CRS ）、推理机（ IE ）和特征识别与信息 处理（ FR ＆ IP ）四部分组成。 知识库用于存放工业过程控制的领域知识，由 经验数据库（ DB ）和学习与适应装置（ LA ） 组成。控制规则集是对被控对象的各种控制模 式和经验的归纳和总结。特征识别与信息处理 模块的作用是实现对信息的提取与加工，为控 制决策和学习适应提供依据。

16

建立专家系统的步骤 建造一个建立专家系统的步骤专家系统。 大致需要确认、概念化、形式化、实现 和测试五个步骤。 由于用于问题求解的专门知识的获取过 程是建造专家系统的核心，并且与建造 系统的每一步都密切相关，因此，从各 种知识源获取专家系统可运用的知识是 建造专家系统的关键环节。

18

19 专家控制器的设计原则 专家控制器对被控过程或对象进行实时 控制，必须在每个采样周期内都给出控 制信号，所以对专家系统运算（推理） 速度的要求是很高的。专家控制器在设 计上应遵循以下两条原则。 提高专家系统的运行速度 确保在每个采样周期内都能提供控制信 号