第9章 復(fù)雜控制系統(tǒng)-2

1、昆明理工大學(xué)昆明理工大學(xué)楊彪楊彪20102011學(xué)年下學(xué)年下第八章第八章復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)昆明理工大學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)知識(shí)結(jié)構(gòu)第第5章章 自動(dòng)控制儀表自動(dòng)控制儀表第第6章章 執(zhí)行器執(zhí)行器第第2章章 過程特性過程特性第第3章章 檢測儀表與傳感器檢測儀表與傳感器第第4章章 顯示儀表顯示儀表第第1章自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念章自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念第第7章章 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng) 第第8章章 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)第第9章章 新型控制系統(tǒng)新型控制系統(tǒng)第第10章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)昆明理工大學(xué)新型控制系統(tǒng)新型控制系統(tǒng)化工儀表及自動(dòng)化化工儀表及自動(dòng)化Measurement &Process co

2、ntrol Technology第八章第八章 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)（二）（二）昆明理工大學(xué)5 5 選擇性選擇性控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)昆明理工大學(xué)一、選擇性一、選擇性控制原理控制原理 常規(guī)控制系統(tǒng)都是在生產(chǎn)過程處于正常工作時(shí)發(fā)揮作用的。遇到不正常，退回到手動(dòng)，恢復(fù)正常后再切換到自動(dòng)?，F(xiàn)代生產(chǎn)過程要求控制系統(tǒng)既能工作在正常工況下又要能在非正常工況下起控制作用，盡量使生產(chǎn)過程盡快恢復(fù)到正常工況。非正常工況時(shí)的控制系統(tǒng)屬于安全保護(hù)措施。 昆明理工大學(xué)一、選擇性一、選擇性控制原理控制原理 1、硬保護(hù) 兩類安全保護(hù)措施兩類安全保護(hù)措施 硬保護(hù)就是連鎖保護(hù)控制系統(tǒng)。當(dāng)生產(chǎn)過程工況超出一定范圍時(shí)，連鎖保護(hù)系統(tǒng)采

3、取一系列相應(yīng)的措施，如報(bào)警、自動(dòng)到手動(dòng)、連鎖動(dòng)作等，使生產(chǎn)過程處于相對安全的狀態(tài)。這類措施經(jīng)常導(dǎo)致生產(chǎn)停車停車，造成較大經(jīng)濟(jì)損失。 昆明理工大學(xué)一、選擇性一、選擇性控制原理控制原理2、軟保護(hù)措施 兩類安全保護(hù)措施兩類安全保護(hù)措施 就是當(dāng)生產(chǎn)過程工況超出一定范圍時(shí)，不是消極地進(jìn)入連鎖保護(hù)甚至停車，而是自動(dòng)地切換到一種新新控制系統(tǒng)，這個(gè)新的控制系統(tǒng)取代了原來的控制系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，當(dāng)工況恢復(fù)后又自動(dòng)的切換到原來的控制系統(tǒng)中。由于要對工況是否正常進(jìn)行判斷判斷，要在兩個(gè)控制系統(tǒng)中進(jìn)行選擇選擇，因此稱為選擇性控制，也稱取代控制和超馳控制。 昆明理工大學(xué)一、選擇性一、選擇性控制原理控制原理2、軟保護(hù)

4、措施 選擇器選擇器 選擇性控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上的最大特點(diǎn)就是有一個(gè)選擇器，通常有兩個(gè)輸入信號，一個(gè)輸出信號，如圖所示13-23。對于高選器，正常工況下參與控制的信號比較強(qiáng)，如設(shè)為X1，則X1明顯大于X2。出現(xiàn)不正常工況時(shí)，X1要小于X2，高選器輸出Y等于X2進(jìn)而進(jìn)入新的控制系統(tǒng)，待工況正常后，X1又大于X2，恢復(fù)到原來的控制系統(tǒng)。 昆明理工大學(xué)一、選擇性一、選擇性控制原理控制原理使用選擇器的控制系統(tǒng)就是選擇控制系統(tǒng) 選擇器選擇器圖圖8-23 高選器和低選器高選器和低選器 昆明理工大學(xué)一、選擇性一、選擇性控制原理控制原理1、開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng) 二、選擇性控制系統(tǒng)類型二、選擇性控制系統(tǒng)類型 以圖9-

5、24所示的丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)為例，目的是使裂解氣的溫度下降并穩(wěn)定在一定的溫度。正常工況下，通過調(diào)節(jié)液態(tài)丙烯的流量來改變冷卻器內(nèi)丙烯的液位，進(jìn)而使得載有裂解氣的列管與液態(tài)丙烯的接觸面積變化來控制裂解氣的溫度。昆明理工大學(xué)二、選擇性控制系統(tǒng)類型二、選擇性控制系統(tǒng)類型二、選擇性控制系統(tǒng)類型二、選擇性控制系統(tǒng)類型圖圖8-24 丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng) 昆明理工大學(xué)一、選擇性一、選擇性控制原理控制原理1、開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng) 二、選擇性控制系統(tǒng)類型二、選擇性控制系統(tǒng)類型 若擾動(dòng)很大，裂解氣進(jìn)口溫度很高，即使液面上升到全部列管都浸沒全部列管都浸沒在液態(tài)丙烯中，仍然不能將溫度降下來，

6、而且，由于液面很高，液態(tài)丙烯蒸發(fā)空間太小，使換熱效率換熱效率下降。更為嚴(yán)重的情況是出口丙烯中可能帶有液體，即帶液帶液現(xiàn)象現(xiàn)象，帶液氣體進(jìn)入壓縮機(jī)是不允許的。也就是說，在非正常工況時(shí)，圖8-24所示的控制系統(tǒng)無法有效工作。 昆明理工大學(xué)一、選擇性一、選擇性控制原理控制原理二、選擇性控制系統(tǒng)類型二、選擇性控制系統(tǒng)類型 在簡單控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加液位變送器和電磁三通閥，構(gòu)成了如圖8-25所示的選擇性控制系統(tǒng)。正常工況下，三通閥將溫度控制器來的控制信號P送到氣動(dòng)控制閥的氣室，系統(tǒng)與簡單控制系統(tǒng)相同。當(dāng)液位上升到一定位置時(shí)，液位變送器的上限上限觸點(diǎn)觸點(diǎn)接通，電磁閥通電通電，切斷控制信號切斷控制信號P的

7、通路的通路，將大氣通入控制閥的氣室，閥門關(guān)閉。等到液位恢復(fù)正常時(shí)，液位報(bào)警觸點(diǎn)斷開，電磁三通 閥失電，系統(tǒng)恢復(fù)到簡單穩(wěn)定控制系統(tǒng)。 昆明理工大學(xué)二、選擇性控制系統(tǒng)類型二、選擇性控制系統(tǒng)類型二、選擇性控制系統(tǒng)類型二、選擇性控制系統(tǒng)類型圖圖8-25 丙烯冷卻器開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)丙烯冷卻器開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng) 昆明理工大學(xué)二、選擇性控制系統(tǒng)類型二、選擇性控制系統(tǒng)類型二、選擇性控制系統(tǒng)類型二、選擇性控制系統(tǒng)類型圖圖8-26 選擇性溫度控制系統(tǒng)選擇性溫度控制系統(tǒng) 昆明理工大學(xué)一、選擇性一、選擇性控制原理控制原理2、連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng) 二、選擇性控制系統(tǒng)類型二、選擇性控制系統(tǒng)類型 開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)

8、的控制閥，在正常工況向非正常工況切換時(shí)不是全開全開就是全關(guān)全關(guān)。 連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)則是切換到另外一個(gè)連續(xù)控制系統(tǒng)。如圖8-27所示的壓縮機(jī)連續(xù)型選擇控制系統(tǒng)。昆明理工大學(xué)二、選擇性控制系統(tǒng)類型二、選擇性控制系統(tǒng)類型二、選擇性控制系統(tǒng)類型二、選擇性控制系統(tǒng)類型圖圖8-27 壓縮機(jī)連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)壓縮機(jī)連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng) 昆明理工大學(xué)一、選擇性一、選擇性控制原理控制原理3、混合型選擇性控制系統(tǒng) 二、選擇性控制系統(tǒng)類型二、選擇性控制系統(tǒng)類型 同時(shí)是開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)與連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)在一個(gè)控制系統(tǒng)中，就是混合型選擇控制系統(tǒng)。 在鍋爐燃燒系統(tǒng)中，要避免兩個(gè)極端情況出現(xiàn)：（1）燃料氣壓力

9、過高，產(chǎn)生“脫火”現(xiàn)象，導(dǎo)致燃燒室中火焰熄滅，大量未燃燒的燃料氣積存在燃燒室內(nèi)，煙囪冒黑煙，并有爆炸危險(xiǎn)。昆明理工大學(xué)一、選擇性一、選擇性控制原理控制原理3、混合型選擇性控制系統(tǒng) 二、選擇性控制系統(tǒng)類型二、選擇性控制系統(tǒng)類型（2）燃料氣壓力過低，太低的燃料氣壓力有“回火”危險(xiǎn)，導(dǎo)致燃料氣儲(chǔ)罐燃燒和爆炸。 正常工況下，蒸汽壓力P1上升，a下降，d下降，閥門關(guān)小，燃料氣流量減小，使得P1下降，實(shí)現(xiàn)控制。昆明理工大學(xué)二、選擇性控制系統(tǒng)類型二、選擇性控制系統(tǒng)類型二、選擇性控制系統(tǒng)類型二、選擇性控制系統(tǒng)類型圖圖8-28 鍋爐燃燒系統(tǒng)混合型選擇性控制系統(tǒng)鍋爐燃燒系統(tǒng)混合型選擇性控制系統(tǒng) 昆明理工大學(xué)二、選

10、擇性控制系統(tǒng)類型二、選擇性控制系統(tǒng)類型二、選擇性控制系統(tǒng)類型二、選擇性控制系統(tǒng)類型積分飽和及其防治積分飽和及其防治產(chǎn)生條件：產(chǎn)生條件：1）控制器具有積分作用）控制器具有積分作用2）控制器處于開環(huán)工作狀態(tài)，其輸出沒有被送）控制器處于開環(huán)工作狀態(tài)，其輸出沒有被送往執(zhí)行器往執(zhí)行器3）控制器的輸入偏差信號長期存在）控制器的輸入偏差信號長期存在昆明理工大學(xué)6 6 前饋前饋控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)昆明理工大學(xué)一、前饋控制原理一、前饋控制原理一、前饋控制原理一、前饋控制原理 反饋控制始終根據(jù)被控變量與設(shè)定值的偏差反饋控制始終根據(jù)被控變量與設(shè)定值的偏差進(jìn)行控制，即只有當(dāng)被控變量發(fā)生進(jìn)行控制，即只有當(dāng)被控變量發(fā)生變化后

11、變化后（受（受到擾動(dòng)或設(shè)定值的影響），才進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此到擾動(dòng)或設(shè)定值的影響），才進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此控制作用總是控制作用總是滯后滯后于擾動(dòng)對控制系統(tǒng)的影響。于擾動(dòng)對控制系統(tǒng)的影響。 反饋控制系統(tǒng)是反饋控制系統(tǒng)是閉閉環(huán)控制環(huán)控制昆明理工大學(xué)一、前饋控制原理一、前饋控制原理一、前饋控制原理一、前饋控制原理 前饋控制是一種前饋控制是一種開開環(huán)控制，基于前蘇聯(lián)學(xué)者環(huán)控制，基于前蘇聯(lián)學(xué)者提出的不變性原理的基礎(chǔ)而發(fā)展的。提出的不變性原理的基礎(chǔ)而發(fā)展的。 前饋控制根據(jù)擾動(dòng)或設(shè)定值的變化補(bǔ)償原理前饋控制根據(jù)擾動(dòng)或設(shè)定值的變化補(bǔ)償原理而工作的，其特點(diǎn)是當(dāng)擾動(dòng)產(chǎn)生后，被控變量而工作的，其特點(diǎn)是當(dāng)擾動(dòng)產(chǎn)生后，被控變量還沒

12、有變化以前，根據(jù)擾動(dòng)作用的大小進(jìn)行控還沒有變化以前，根據(jù)擾動(dòng)作用的大小進(jìn)行控制，以補(bǔ)償擾動(dòng)作用對被控變量的影響。制，以補(bǔ)償擾動(dòng)作用對被控變量的影響。 前饋控制應(yīng)用得當(dāng)，可以使被控變量不會(huì)因前饋控制應(yīng)用得當(dāng)，可以使被控變量不會(huì)因?yàn)樵O(shè)定值或擾動(dòng)變化而產(chǎn)生偏差，比反饋控制為設(shè)定值或擾動(dòng)變化而產(chǎn)生偏差，比反饋控制及時(shí)，不受系統(tǒng)滯后影響。及時(shí)，不受系統(tǒng)滯后影響。 昆明理工大學(xué)一、前饋控制原理一、前饋控制原理二、前饋控制與反饋控制比較二、前饋控制與反饋控制比較 1、前饋是開環(huán)，反饋是閉環(huán)控制、前饋是開環(huán)，反饋是閉環(huán)控制 在在8-30（a）中，在閉環(huán)上任意一點(diǎn)，沿信）中，在閉環(huán)上任意一點(diǎn)，沿信號線出發(fā)，可以

13、回到出發(fā)點(diǎn)形成閉合環(huán)路，稱號線出發(fā)，可以回到出發(fā)點(diǎn)形成閉合環(huán)路，稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。為閉環(huán)控制系統(tǒng)。 而在圖（而在圖（b）中，在環(huán)路上的任意一點(diǎn)，沿）中，在環(huán)路上的任意一點(diǎn)，沿信號線方向前進(jìn)，不能回到出發(fā)點(diǎn)，不能形成信號線方向前進(jìn)，不能回到出發(fā)點(diǎn)，不能形成閉環(huán)環(huán)路，因此是開環(huán)控制。閉環(huán)環(huán)路，因此是開環(huán)控制。 昆明理工大學(xué)二、前饋控制與反饋控制比較二、前饋控制與反饋控制比較二、前饋控制與反饋控制比較二、前饋控制與反饋控制比較圖圖8-30 兩種加熱爐溫度控制系統(tǒng)方框圖兩種加熱爐溫度控制系統(tǒng)方框圖昆明理工大學(xué)一、前饋控制原理一、前饋控制原理二、前饋控制與反饋控制比較二、前饋控制與反饋控制比較 2、前饋

14、及時(shí)，反饋控制滯后、前饋及時(shí)，反饋控制滯后 前饋控制根據(jù)擾動(dòng)來控制，所以控制及前饋控制根據(jù)擾動(dòng)來控制，所以控制及時(shí)，而反饋控制根據(jù)偏差來控制，即擾動(dòng)時(shí)，而反饋控制根據(jù)偏差來控制，即擾動(dòng)作用于對象并使被控變量產(chǎn)生偏差后才進(jìn)作用于對象并使被控變量產(chǎn)生偏差后才進(jìn)行控制，因此控制不及時(shí)，有滯后。行控制，因此控制不及時(shí)，有滯后。昆明理工大學(xué)二、前饋控制與反饋控制比較二、前饋控制與反饋控制比較二、前饋控制與反饋控制比較二、前饋控制與反饋控制比較圖圖8-29 兩種加熱爐溫度控制系統(tǒng)兩種加熱爐溫度控制系統(tǒng)昆明理工大學(xué)一、前饋控制原理一、前饋控制原理二、前饋控制與反饋控制比較二、前饋控制與反饋控制比較3、前饋只

15、能克服所測量擾動(dòng)，反饋可以克服所、前饋只能克服所測量擾動(dòng)，反饋可以克服所有擾動(dòng)有擾動(dòng)能進(jìn)行前饋控制的前提是擾動(dòng)可以測量，能進(jìn)行前饋控制的前提是擾動(dòng)可以測量，如果擾動(dòng)不能測量，則無法實(shí)施前饋控制如果擾動(dòng)不能測量，則無法實(shí)施前饋控制;而反而反饋控制系統(tǒng)中，任何作用于對象的擾動(dòng)如果導(dǎo)饋控制系統(tǒng)中，任何作用于對象的擾動(dòng)如果導(dǎo)致被控變量偏離設(shè)定值，控制系統(tǒng)都會(huì)進(jìn)行克致被控變量偏離設(shè)定值，控制系統(tǒng)都會(huì)進(jìn)行克服，并且不需要對任何擾動(dòng)進(jìn)行測量。服，并且不需要對任何擾動(dòng)進(jìn)行測量。 昆明理工大學(xué)一、前饋控制原理一、前饋控制原理三、前饋控制的應(yīng)用三、前饋控制的應(yīng)用1、靜態(tài)前饋、靜態(tài)前饋 靜態(tài)前饋是在擾動(dòng)作用下，前饋

16、補(bǔ)償作用只靜態(tài)前饋是在擾動(dòng)作用下，前饋補(bǔ)償作用只能最終使被控變量回到要求的設(shè)定值，而不考能最終使被控變量回到要求的設(shè)定值，而不考慮補(bǔ)償過程中的偏差大小。在有條件的情況下，慮補(bǔ)償過程中的偏差大小。在有條件的情況下，可以通過物料平衡與能量平衡關(guān)系求得采用多可以通過物料平衡與能量平衡關(guān)系求得采用多大的校正作用。大的校正作用。昆明理工大學(xué)一、前饋控制原理一、前饋控制原理三、前饋控制的應(yīng)用三、前饋控制的應(yīng)用 前饋控制器FdC的輸入信號與輸出信號只要保持比例關(guān)系即可。設(shè)原油流量的擾動(dòng)量為F，前饋控制的輸出信號為P，則有： P= KdF 式中Kd為前饋控制器的前饋系數(shù)。靜態(tài)前饋是應(yīng)用最多的前饋控制，因?yàn)檫@種

17、前饋實(shí)現(xiàn)方便，用比值器或比例控制器均可實(shí)現(xiàn)。 實(shí)際應(yīng)用中為了收到更好的控制效果，需要測量更多的擾動(dòng)或參考量。昆明理工大學(xué)一、前饋控制原理一、前饋控制原理三、前饋控制的應(yīng)用三、前饋控制的應(yīng)用 在圖8-29（b）的基礎(chǔ)上，增加測量燃料量和進(jìn)料原油的溫度，可以構(gòu)成如圖8-31所示的、效果更好的靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)。 該系統(tǒng)實(shí)際上就是保持冷原油與燃料流量之間的比值關(guān)系，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，由于系統(tǒng)的被控制變量是T，因此整個(gè)系統(tǒng)是開環(huán)開環(huán)的靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)。昆明理工大學(xué)三、前饋控制的應(yīng)用三、前饋控制的應(yīng)用三、前饋控制應(yīng)用三、前饋控制應(yīng)用圖圖8-31 加熱爐靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)加熱爐靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)

18、昆明理工大學(xué)一、前饋控制原理一、前饋控制原理三、前饋控制的應(yīng)用三、前饋控制的應(yīng)用2、動(dòng)態(tài)前饋、動(dòng)態(tài)前饋 動(dòng)態(tài)前饋控制系統(tǒng)力求在任何時(shí)刻實(shí)現(xiàn)對擾動(dòng)態(tài)前饋控制系統(tǒng)力求在任何時(shí)刻實(shí)現(xiàn)對擾動(dòng)影響的補(bǔ)償，以使被控變量完全或基本上保動(dòng)影響的補(bǔ)償，以使被控變量完全或基本上保持不變。持不變。 在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常采用一個(gè)帶有三個(gè)可調(diào)在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常采用一個(gè)帶有三個(gè)可調(diào)參數(shù)的參數(shù)的“前饋控制器前饋控制器”，其傳遞函數(shù)為：，其傳遞函數(shù)為：其中，其中，Kd，T1、T2是時(shí)間常數(shù)，這樣的動(dòng)態(tài)前是時(shí)間常數(shù)，這樣的動(dòng)態(tài)前饋控制器可以起到一定的動(dòng)態(tài)前饋效果。饋控制器可以起到一定的動(dòng)態(tài)前饋效果。11)(21sTsTKsGdd

19、昆明理工大學(xué)一、前饋控制原理一、前饋控制原理三、前饋控制的應(yīng)用三、前饋控制的應(yīng)用3、前饋-反饋控制 前饋控制系統(tǒng)可以做到無偏差控制，但實(shí)際上，由于過程模型的時(shí)變、非線性以及擾動(dòng)的不可完全預(yù)見特性，前饋控制只能在一定程度上克服主要擾動(dòng)的影響，即前饋控制是有偏差的。因此，要將前饋控制與反饋控制結(jié)合起來，構(gòu)成前饋-反饋控制系統(tǒng)，前饋控制不能克服的擾動(dòng)由反饋控制來克服。這樣即使在較大擾動(dòng)作用下，仍然可以獲得很好的控制品質(zhì)。 昆明理工大學(xué)一、前饋控制原理一、前饋控制原理三、前饋控制的應(yīng)用三、前饋控制的應(yīng)用 在圖8-28基礎(chǔ)，增加對原油出口溫度的反饋控制，形成了如圖8-32所示的前饋-反饋控制系統(tǒng)，其方框

20、圖如圖8-33所示。 在圖13-31的基礎(chǔ)上，增加對原油出口溫度的反饋控制，形成了如圖13-34所示的前饋-（串級）反饋控制系統(tǒng)，圖13-35是它的方框圖。 昆明理工大學(xué)三、前饋控制的應(yīng)用三、前饋控制的應(yīng)用三、前饋控制應(yīng)用三、前饋控制應(yīng)用圖圖8-32 前饋前饋-反饋溫度控制系統(tǒng)反饋溫度控制系統(tǒng)昆明理工大學(xué)三、前饋控制的應(yīng)用三、前饋控制的應(yīng)用三、前饋控制應(yīng)用三、前饋控制應(yīng)用圖圖8-33 前饋前饋-反饋溫度控制系統(tǒng)方框圖反饋溫度控制系統(tǒng)方框圖昆明理工大學(xué)三、前饋控制的應(yīng)用三、前饋控制的應(yīng)用三、前饋控制應(yīng)用三、前饋控制應(yīng)用圖圖8-34 前饋前饋-（串級）反饋控制系統(tǒng)（串級）反饋控制系統(tǒng)昆明理工大學(xué)三

21、、前饋控制的應(yīng)用三、前饋控制的應(yīng)用三、前饋控制應(yīng)用三、前饋控制應(yīng)用圖圖13-34 前饋前饋-（串級）反饋控制系統(tǒng)方框圖（串級）反饋控制系統(tǒng)方框圖昆明理工大學(xué)三、前饋控制的應(yīng)用三、前饋控制的應(yīng)用三、前饋控制的應(yīng)用三、前饋控制的應(yīng)用4、前饋控制的應(yīng)用場合 前饋控制是根據(jù)擾動(dòng)作用的大小進(jìn)行控制的，它主要用于克服控制系統(tǒng)中對象滯后大、由擾動(dòng)而造成的被控變量偏差消除時(shí)間長、系統(tǒng)不易穩(wěn)定、控制品質(zhì)差等弱點(diǎn)，因此采用前饋控制的條件是：（1）擾動(dòng)可測但不可控；（2） 變化頻繁且變化幅度大的擾動(dòng)；（3）擾動(dòng)對被控變量影響顯著，反饋控制難以克服，且過程對控制精度要求較高場合。 昆明理工大學(xué)三、前饋控制的應(yīng)用三、前

22、饋控制的應(yīng)用三、前饋控制的應(yīng)用三、前饋控制的應(yīng)用 在靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)前饋的選擇上，當(dāng)控制通道與擾動(dòng)通道的動(dòng)態(tài)性能相近時(shí)，一般采用靜態(tài)前饋就可以取得較好的效果；當(dāng)控制通道的時(shí)間常數(shù)與擾動(dòng)通道的時(shí)間常數(shù)相對較大時(shí)，可選擇動(dòng)態(tài)前饋。 昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)控制系統(tǒng)不僅要保證系統(tǒng)穩(wěn)定和生產(chǎn)安全，控制系統(tǒng)不僅要保證系統(tǒng)穩(wěn)定和生產(chǎn)安全，還要在滿足一定還要在滿足一定約束條件下，帶來一定的經(jīng)下，帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，然而對于復(fù)雜工業(yè)工程濟(jì)效益和社會(huì)效益，然而對于復(fù)雜工業(yè)工程設(shè)計(jì)這樣的設(shè)計(jì)這樣的控制系統(tǒng)比較困難，因?yàn)閺?fù)雜工比較困難，因?yàn)閺?fù)雜工

23、業(yè)工程具有復(fù)雜特性，表現(xiàn)在：業(yè)工程具有復(fù)雜特性，表現(xiàn)在： 不確定性（時(shí)變、隨機(jī)性、突發(fā)性）不確定性（時(shí)變、隨機(jī)性、突發(fā)性） 非線性非線性 變量間的關(guān)聯(lián)變量間的關(guān)聯(lián) 信息不全面信息不全面 大純滯后大純滯后昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng) 對于復(fù)雜過程的設(shè)計(jì)，已經(jīng)不能采用單對于復(fù)雜過程的設(shè)計(jì)，已經(jīng)不能采用單一的基于定量數(shù)學(xué)模型的傳統(tǒng)控制理論和控一的基于定量數(shù)學(xué)模型的傳統(tǒng)控制理論和控制技術(shù)，必須開發(fā)研究制技術(shù)，必須開發(fā)研究先進(jìn)的過程控制的過程控制技術(shù)，而目前石化企業(yè)普遍采用的而目前石化企業(yè)普遍采用的DCS等先進(jìn)控制等先進(jìn)控制方式也為實(shí)施先進(jìn)控制提供了很好的方式也為實(shí)施先進(jìn)控制提供了很好的

24、基礎(chǔ)，也只有在也只有在DCS等先進(jìn)控制平臺(tái)上開發(fā)應(yīng)用各等先進(jìn)控制平臺(tái)上開發(fā)應(yīng)用各種先進(jìn)控制方案，才能充分挖掘種先進(jìn)控制方案，才能充分挖掘DCS系統(tǒng)的系統(tǒng)的潛能，為企業(yè)帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益。潛能，為企業(yè)帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益。昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng) 通過加強(qiáng)對通過加強(qiáng)對過程建模理論、辨識(shí)技術(shù)、技術(shù)、優(yōu)化控制、高等過程控制等方面的研究；吸控制、高等過程控制等方面的研究；吸收收相關(guān)學(xué)科的理論和工具，已經(jīng)產(chǎn)生了較多，已經(jīng)產(chǎn)生了較多的先進(jìn)控制技術(shù)，如：的先進(jìn)控制技術(shù)，如： 自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制 預(yù)測控制預(yù)測控制 魯棒控制魯棒控制 智能控制（智能控制（專家系統(tǒng)，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及它們的結(jié)

25、合）昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)先進(jìn)控制系統(tǒng)本節(jié)主要向大家介紹幾種先進(jìn)控制方法的基本本節(jié)主要向大家介紹幾種先進(jìn)控制方法的基本原理，開闊視野，包括：原理，開闊視野，包括： 基于模型的預(yù)測控制基于模型的預(yù)測控制 軟測量技術(shù)軟測量技術(shù) 自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制 智能控制智能控制昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)一、基于模型的預(yù)測控制 由于很難獲得復(fù)雜工業(yè)過程的精確數(shù)學(xué)由于很難獲得復(fù)雜工業(yè)過程的精確數(shù)學(xué)模型，因此以模型為基礎(chǔ)的現(xiàn)代控制理論在模型，因此以模型為基礎(chǔ)的現(xiàn)代控制理論在過程控制中遇到了挑戰(zhàn)，而預(yù)測控制對模型過程控制中遇到了挑戰(zhàn)，而預(yù)測控制對模型的要求很低，它的要求很低，它

26、產(chǎn)生于工業(yè)界并在復(fù)雜過程并在復(fù)雜過程控制中取得了顯著的成功?？刂浦腥〉昧孙@著的成功。昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)一、基于模型的預(yù)測控制 預(yù)測控制的基本出發(fā)點(diǎn)與傳統(tǒng)的預(yù)測控制的基本出發(fā)點(diǎn)與傳統(tǒng)的PID控制控制不同。通常的不同。通常的PID控制是根據(jù)過程當(dāng)前和過控制是根據(jù)過程當(dāng)前和過去的輸出測量值和設(shè)定值的偏差來確定當(dāng)前去的輸出測量值和設(shè)定值的偏差來確定當(dāng)前的控制輸入；的控制輸入； 而預(yù)測控制不但利用當(dāng)前和過去的偏差而預(yù)測控制不但利用當(dāng)前和過去的偏差值，而且還利用預(yù)測模型來估計(jì)過程未來的值，而且還利用預(yù)測模型來估計(jì)過程未來的偏差，以滾動(dòng)優(yōu)化確定當(dāng)前的最優(yōu)輸入策略。偏差，以滾動(dòng)優(yōu)化確

27、定當(dāng)前的最優(yōu)輸入策略。因此，從基本思想看，預(yù)測控制優(yōu)于因此，從基本思想看，預(yù)測控制優(yōu)于PID控控制。制。昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)一、基于模型的預(yù)測控制 1、預(yù)測控制的基本原理、預(yù)測控制的基本原理各類預(yù)測控制算法都有一些共同的特點(diǎn)，即預(yù)測模型、各類預(yù)測控制算法都有一些共同的特點(diǎn)，即預(yù)測模型、反饋校正、滾動(dòng)優(yōu)化反饋校正、滾動(dòng)優(yōu)化圖圖13-36 預(yù)測控制基本結(jié)構(gòu)預(yù)測控制基本結(jié)構(gòu)昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)一、基于模型的預(yù)測控制（1）、預(yù)測模型）、預(yù)測模型 預(yù)測控制需要一個(gè)描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的模預(yù)測控制需要一個(gè)描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的模型，它具有預(yù)測功能，即根據(jù)系統(tǒng)現(xiàn)在時(shí)刻

28、型，它具有預(yù)測功能，即根據(jù)系統(tǒng)現(xiàn)在時(shí)刻的控制輸入以及過程的歷史信息，預(yù)測過程的控制輸入以及過程的歷史信息，預(yù)測過程輸出的未來值。預(yù)測模型具有展示過程未來輸出的未來值。預(yù)測模型具有展示過程未來行為的功能，因此可以像在系統(tǒng)仿真時(shí)那樣，行為的功能，因此可以像在系統(tǒng)仿真時(shí)那樣，任意的給出未來控制策略，觀察過程不同控任意的給出未來控制策略，觀察過程不同控制策略下的輸出變化，從而為比較這些控制制策略下的輸出變化，從而為比較這些控制策略的優(yōu)劣提供了基礎(chǔ)。策略的優(yōu)劣提供了基礎(chǔ)。昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)一、基于模型的預(yù)測控制 常見的預(yù)測模型有：常見的預(yù)測模型有： 脈沖響應(yīng)模型（脈沖響應(yīng)模型（

29、MAC） 階躍響應(yīng)模型（階躍響應(yīng)模型（DMC） 非參數(shù)模型非參數(shù)模型 傳遞函數(shù)模型傳遞函數(shù)模型 昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)一、基于模型的預(yù)測控制（2）、反饋校正）、反饋校正在預(yù)測控制中，采用預(yù)測模型進(jìn)行過程輸出值在預(yù)測控制中，采用預(yù)測模型進(jìn)行過程輸出值的預(yù)測會(huì)與實(shí)際值產(chǎn)生偏差（過程存在非線性、時(shí)的預(yù)測會(huì)與實(shí)際值產(chǎn)生偏差（過程存在非線性、時(shí)變、模型失配等），因此要利用測量值與模型的預(yù)變、模型失配等），因此要利用測量值與模型的預(yù)估值的偏差來校正模型的預(yù)測值，從而得到更為準(zhǔn)估值的偏差來校正模型的預(yù)測值，從而得到更為準(zhǔn)確的將來輸出的預(yù)測值。正是這種模型加反饋校正確的將來輸出的預(yù)測值。

30、正是這種模型加反饋校正的過程，使得預(yù)測控制有很強(qiáng)的抗干擾和克服系統(tǒng)的過程，使得預(yù)測控制有很強(qiáng)的抗干擾和克服系統(tǒng)不確定性的能力。因此，預(yù)測控制不僅基于模型，不確定性的能力。因此，預(yù)測控制不僅基于模型，而且利用了反饋信息，因此預(yù)測控制是一種而且利用了反饋信息，因此預(yù)測控制是一種閉環(huán)優(yōu)化控制算法?？刂扑惴ā?昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)一、基于模型的預(yù)測控制（3）、滾動(dòng)優(yōu)化）、滾動(dòng)優(yōu)化 通過某一性能指標(biāo)的最優(yōu)化來確定未來通過某一性能指標(biāo)的最優(yōu)化來確定未來的控制作用，而且該性能指標(biāo)還涉及到過程的控制作用，而且該性能指標(biāo)還涉及到過程未來的行為，它是根據(jù)預(yù)測模型由未來的控未來的行為，它是根

31、據(jù)預(yù)測模型由未來的控制策略決定的。制策略決定的。 預(yù)測控制的優(yōu)化不是采用不變的全局最預(yù)測控制的優(yōu)化不是采用不變的全局最優(yōu)目標(biāo)，而是采用滾動(dòng)式的有限時(shí)域優(yōu)化策優(yōu)目標(biāo)，而是采用滾動(dòng)式的有限時(shí)域優(yōu)化策略，過程優(yōu)化不是一次離線完成，而是反復(fù)略，過程優(yōu)化不是一次離線完成，而是反復(fù)在線進(jìn)行的。在線進(jìn)行的。昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)一、基于模型的預(yù)測控制 （4）參考軌跡）參考軌跡在預(yù)測控制中，考慮到過程的動(dòng)態(tài)特性，在預(yù)測控制中，考慮到過程的動(dòng)態(tài)特性，為了使過程避免出現(xiàn)輸入和輸出的急劇變化，為了使過程避免出現(xiàn)輸入和輸出的急劇變化，往往要求過程輸出沿著一條所期望的、平緩?fù)筮^程輸出沿著一條

32、所期望的、平緩的曲線達(dá)到設(shè)定值。這條曲線通常稱為參考的曲線達(dá)到設(shè)定值。這條曲線通常稱為參考軌跡。它是設(shè)定值經(jīng)過在線軌跡。它是設(shè)定值經(jīng)過在線“柔化柔化”后的產(chǎn)后的產(chǎn)物。最廣泛采用的參考軌跡為一階指數(shù)變化物。最廣泛采用的參考軌跡為一階指數(shù)變化形式。形式。昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)一、基于模型的預(yù)測控制2、預(yù)測控制的優(yōu)良性能、預(yù)測控制的優(yōu)良性能 對數(shù)學(xué)模型要求不高，而且模型可以是多樣化的。 能直接處理具有純滯后的過程。 具有良好的跟蹤性能和較強(qiáng)的抗干擾能力。 對模型的誤差有較強(qiáng)的魯棒性。 上述特點(diǎn)是PID控制或現(xiàn)代控制理論無法相比的，因此預(yù)測控制在實(shí)際供應(yīng)應(yīng)用中得到廣泛重視和成功應(yīng)

33、用。昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)二、軟測量技術(shù)質(zhì)量控制是一切生產(chǎn)的核心，因此必質(zhì)量控制是一切生產(chǎn)的核心，因此必須對與產(chǎn)品質(zhì)量直接相關(guān)的變量進(jìn)行控須對與產(chǎn)品質(zhì)量直接相關(guān)的變量進(jìn)行控制，但是存在如下問題：制，但是存在如下問題： 在線儀表價(jià)格昂貴，維護(hù)復(fù)雜，有滯后 許多重要的質(zhì)量指標(biāo)無法在線測量 通常的方案就是控制與直接質(zhì)量指標(biāo)關(guān)系密切的可測變量，如反應(yīng)器的溫度，精餾塔塔頂溫度等。但這種關(guān)系是變化這種關(guān)系是變化的。昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)二、軟測量技術(shù)軟測量的基本思想是把自動(dòng)控制理論與過軟測量的基本思想是把自動(dòng)控制理論與過程知識(shí)有機(jī)結(jié)合起來，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，對程知

34、識(shí)有機(jī)結(jié)合起來，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，對于難于測量的重要變量（主導(dǎo)變量），選擇于難于測量的重要變量（主導(dǎo)變量），選擇另外一些容易測量的變量（輔助變量），通另外一些容易測量的變量（輔助變量），通過構(gòu)成某種數(shù)學(xué)關(guān)系來推導(dǎo)和估計(jì)，以代替過構(gòu)成某種數(shù)學(xué)關(guān)系來推導(dǎo)和估計(jì)，以代替硬件測量分析儀表的功能。這類方法具有響硬件測量分析儀表的功能。這類方法具有響應(yīng)迅速、連續(xù)給出主導(dǎo)變量、投資低等特點(diǎn)。應(yīng)迅速、連續(xù)給出主導(dǎo)變量、投資低等特點(diǎn)。軟測量結(jié)構(gòu)如圖軟測量結(jié)構(gòu)如圖13-37所示。所示。 軟測量技術(shù)包括軟測量技術(shù)包括輔助變量的選擇、數(shù)據(jù)采集和處理、軟測量建模和和在線校正等。等。昆明理工大學(xué)7 先進(jìn)控制系統(tǒng)先進(jìn)控制系統(tǒng)

35、二、軟測量技術(shù)二、軟測量技術(shù)二、軟測量技術(shù)圖圖13-37 軟測量結(jié)構(gòu)圖軟測量結(jié)構(gòu)圖昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)二、軟測量技術(shù)1、機(jī)理分析和輔助變量選擇、機(jī)理分析和輔助變量選擇 首先確定主導(dǎo)變量，然后深入分析過程首先確定主導(dǎo)變量，然后深入分析過程機(jī)理和了解生產(chǎn)裝置的特點(diǎn)，確定與主導(dǎo)變機(jī)理和了解生產(chǎn)裝置的特點(diǎn)，確定與主導(dǎo)變量相關(guān)的輔助變量的類型、數(shù)目和檢測點(diǎn)的量相關(guān)的輔助變量的類型、數(shù)目和檢測點(diǎn)的位置。位置。 輔助變量的選擇應(yīng)符合關(guān)聯(lián)性、特異性、輔助變量的選擇應(yīng)符合關(guān)聯(lián)性、特異性、過程適用性、精確性等原則。輔助變量數(shù)目過程適用性、精確性等原則。輔助變量數(shù)目不是越多越好。不是越多越好

36、。昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)二、軟測量技術(shù)2、數(shù)據(jù)的采集和處理、數(shù)據(jù)的采集和處理過程數(shù)據(jù)包含大量的對性特性信息，因此過程數(shù)據(jù)包含大量的對性特性信息，因此過程數(shù)據(jù)多多益善，不僅可以用于建模，而過程數(shù)據(jù)多多益善，不僅可以用于建模，而且還可以用于模型驗(yàn)證。過程數(shù)據(jù)能夠充分且還可以用于模型驗(yàn)證。過程數(shù)據(jù)能夠充分反映過程特性。反映過程特性。 為了保證軟測量模型的精度，數(shù)據(jù)正確和為了保證軟測量模型的精度，數(shù)據(jù)正確和可靠性十分重要，因此要對數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性十分重要，因此要對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)二、軟測量技術(shù)3、軟測量模型的建立、軟測量模型的建立軟測量建

37、模屬于過程建模范疇，因此過程軟測量建模屬于過程建模范疇，因此過程建模的方法可以用于軟測量建模。常用的軟建模的方法可以用于軟測量建模。常用的軟測量建模方法：測量建模方法： （1）機(jī)理建模）機(jī)理建模 從過程內(nèi)在機(jī)理出發(fā)，通過物料平衡、從過程內(nèi)在機(jī)理出發(fā)，通過物料平衡、能量平衡和動(dòng)量平衡建立數(shù)學(xué)模型。能量平衡和動(dòng)量平衡建立數(shù)學(xué)模型。 機(jī)理建?？梢猿浞掷孟闰?yàn)知識(shí)，模機(jī)理建?？梢猿浞掷孟闰?yàn)知識(shí)，模型推廣性能好，但復(fù)雜過程較難機(jī)理建模，型推廣性能好，但復(fù)雜過程較難機(jī)理建模，而且模型會(huì)比較復(fù)雜。而且模型會(huì)比較復(fù)雜。昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)二、軟測量技術(shù) （2）“黑箱黑箱”建模建模根據(jù)

38、過程輸入和輸出歷史數(shù)據(jù)來根據(jù)過程輸入和輸出歷史數(shù)據(jù)來建立軟測量模型。常用方法有：建立軟測量模型。常用方法有： 回歸分析 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 核函數(shù)方法昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)二、軟測量技術(shù) （3）機(jī)理建模和）機(jī)理建模和“黑箱黑箱”建模相結(jié)合建模相結(jié)合不論機(jī)理建模還是不論機(jī)理建模還是“黑箱建模黑箱建?！倍即娑即嬖谝欢ǖ睦щy，因此將這兩種方法結(jié)合，在一定的困難，因此將這兩種方法結(jié)合，可以取長補(bǔ)短，使得軟測量建模的性能可以取長補(bǔ)短，使得軟測量建模的性能得到提高。得到提高。昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)二、軟測量技術(shù) 4、模型校正、模型校正軟測量對象存在時(shí)變、非線性和不確定性，

39、軟測量對象存在時(shí)變、非線性和不確定性，因此必須對軟測量模型進(jìn)行校正，以適應(yīng)新因此必須對軟測量模型進(jìn)行校正，以適應(yīng)新的工況。模型校正可以分為的工況。模型校正可以分為模型結(jié)構(gòu)校正及校正及模型參數(shù)校正。校正。2210 xaxaay昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)三、自適應(yīng)控制 自適應(yīng)控制建立在系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型參數(shù)未知的自適應(yīng)控制建立在系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型參數(shù)未知的基礎(chǔ)上，而且隨著系統(tǒng)行為的變化而變化，自適應(yīng)基礎(chǔ)上，而且隨著系統(tǒng)行為的變化而變化，自適應(yīng)控制也會(huì)相應(yīng)地改變控制器的參數(shù)，以適應(yīng)其特性控制也會(huì)相應(yīng)地改變控制器的參數(shù)，以適應(yīng)其特性的變化，保證整個(gè)系統(tǒng)的性能指標(biāo)達(dá)到令人滿意的的變化，保證整個(gè)

40、系統(tǒng)的性能指標(biāo)達(dá)到令人滿意的結(jié)果。結(jié)果。自適應(yīng)控制系統(tǒng)是具有適應(yīng)能力的系統(tǒng)，它必自適應(yīng)控制系統(tǒng)是具有適應(yīng)能力的系統(tǒng)，它必須能夠辨識(shí)過程參數(shù)與環(huán)境條件變化，在此基礎(chǔ)上須能夠辨識(shí)過程參數(shù)與環(huán)境條件變化，在此基礎(chǔ)上校正控制規(guī)律。自適應(yīng)控制系統(tǒng)至少包括三部分：校正控制規(guī)律。自適應(yīng)控制系統(tǒng)至少包括三部分：昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)三、自適應(yīng)控制 （1）具有一個(gè)測量或估計(jì)環(huán)節(jié)，能對過程和環(huán)境）具有一個(gè)測量或估計(jì)環(huán)節(jié)，能對過程和環(huán)境進(jìn)行監(jiān)視，并有對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分類以及消除數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視，并有對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分類以及消除數(shù)據(jù)中的噪聲的能力。通常體現(xiàn)為：對過程的輸入輸出中的噪聲的能力。通常體現(xiàn)為：

41、對過程的輸入輸出進(jìn)行測量，然后進(jìn)行某些參數(shù)的實(shí)時(shí)估計(jì)。進(jìn)行測量，然后進(jìn)行某些參數(shù)的實(shí)時(shí)估計(jì)。（2）具有衡量系統(tǒng)性能好壞的性能指標(biāo)，并且能）具有衡量系統(tǒng)性能好壞的性能指標(biāo)，并且能夠測量或計(jì)算性能指標(biāo)，判斷系統(tǒng)是否偏離最優(yōu)狀夠測量或計(jì)算性能指標(biāo)，判斷系統(tǒng)是否偏離最優(yōu)狀態(tài)。態(tài)。（3）具有自動(dòng)調(diào)整控制器規(guī)律或參數(shù)能力。）具有自動(dòng)調(diào)整控制器規(guī)律或參數(shù)能力。昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)三、自適應(yīng)控制 自適應(yīng)控制是系統(tǒng)辨識(shí)與控制技術(shù)的結(jié)合，自適應(yīng)自適應(yīng)控制是系統(tǒng)辨識(shí)與控制技術(shù)的結(jié)合，自適應(yīng)控制系統(tǒng)的一般框圖如圖控制系統(tǒng)的一般框圖如圖9-38所示所示昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)

42、三、自適應(yīng)控制 1、簡單自適應(yīng)控制簡單自適應(yīng)控制系統(tǒng)對環(huán)境或過程參數(shù)的變化用一些簡單的方法辨識(shí)，控制算法也簡單。自自20世紀(jì)世紀(jì)70年代以來，自整定控制器發(fā)展迅速。年代以來，自整定控制器發(fā)展迅速。如利用專家規(guī)則進(jìn)行如利用專家規(guī)則進(jìn)行PID參數(shù)的自整定。這類產(chǎn)品參數(shù)的自整定。這類產(chǎn)品包括：包括： TDC3000中采用臨界比例度法進(jìn)行的自整定控制器中采用臨界比例度法進(jìn)行的自整定控制器 FOXBORO基于特性曲線識(shí)別方法的自整定控制器基于特性曲線識(shí)別方法的自整定控制器昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)三、自適應(yīng)控制 2、模型參考自適應(yīng)控制這類系統(tǒng)主要用于隨動(dòng)系統(tǒng)，人們期望隨這類系統(tǒng)主要用于

43、隨動(dòng)系統(tǒng)，人們期望隨動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程符合一種理想模式。動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程符合一種理想模式。典型的模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)是參考模型典型的模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)是參考模型和被控系統(tǒng)并行運(yùn)行，如圖和被控系統(tǒng)并行運(yùn)行，如圖9-39所示。所示。參考模型體現(xiàn)了控制系統(tǒng)的性能要求。參考模型體現(xiàn)了控制系統(tǒng)的性能要求。昆明理工大學(xué)7 先進(jìn)控制系統(tǒng)先進(jìn)控制系統(tǒng)三、自適應(yīng)控制三、自適應(yīng)控制昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)三、自適應(yīng)控制 3、自校正控制系統(tǒng)自校正控制系統(tǒng)是典型的辨識(shí)與控制的結(jié)合體。辨識(shí)部分可采用最小二乘等方法，依據(jù)過程的輸入、輸出，得到過程的模型參數(shù)。在控制部分采用最小方差控制，目標(biāo)

44、是求u使得 達(dá)到最小。自校正控制系統(tǒng)也有兩個(gè)回來組成。內(nèi)回路包括過程和普通線性反饋控制器。外回路用來調(diào)整控制器參數(shù)，它由遞推參數(shù)估計(jì)器和控制器參數(shù)調(diào)整機(jī)構(gòu)組成。)1(2kyEJ昆明理工大學(xué)7 先進(jìn)控制系統(tǒng)先進(jìn)控制系統(tǒng)三、自適應(yīng)控制三、自適應(yīng)控制自校正控制系統(tǒng)自校正控制系統(tǒng)昆明理工大學(xué)7 先進(jìn)控制系統(tǒng)先進(jìn)控制系統(tǒng)三、自適應(yīng)控制三、自適應(yīng)控制昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)四、智能控制 智能控制智能控制（Intelligent Control）是）是20世紀(jì)世紀(jì)80年代年代以來受到極大關(guān)注的一個(gè)領(lǐng)域，甚至被認(rèn)為是經(jīng)典以來受到極大關(guān)注的一個(gè)領(lǐng)域，甚至被認(rèn)為是經(jīng)典控制、現(xiàn)代控制理論后的新一

45、代控制理論?？刂?、現(xiàn)代控制理論后的新一代控制理論。智能控制時(shí)人工智能與自動(dòng)控制結(jié)合的產(chǎn)物。而智能控制時(shí)人工智能與自動(dòng)控制結(jié)合的產(chǎn)物。而人工智能的內(nèi)容及其廣泛，如知識(shí)表示、文體求解、人工智能的內(nèi)容及其廣泛，如知識(shí)表示、文體求解、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別、機(jī)器人等。當(dāng)前用于控制的機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別、機(jī)器人等。當(dāng)前用于控制的主要內(nèi)容是專家系統(tǒng)、模糊控制及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。主要內(nèi)容是專家系統(tǒng)、模糊控制及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)四、智能控制 1、專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)（Expert System）是指一個(gè)智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，其內(nèi)容含有大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R(shí)與經(jīng)驗(yàn)，能夠利用人類專家

46、的知識(shí)和解決問題的經(jīng)驗(yàn)來處理該領(lǐng)域的難題。專家系統(tǒng)的基本功能取決于它所含有的知識(shí)，因此，專家系統(tǒng)也稱為基于知識(shí)的系統(tǒng)。專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖9-41所示，包括：昆明理工大學(xué)7 先進(jìn)控制系統(tǒng)先進(jìn)控制系統(tǒng)四、智能控制四、智能控制昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)四、智能控制 （1）人機(jī)接口利用人機(jī)接口，專家可以將自己的新知識(shí)、利用人機(jī)接口，專家可以將自己的新知識(shí)、新經(jīng)驗(yàn)加入到知識(shí)庫，也可以方便地對知識(shí)庫新經(jīng)驗(yàn)加入到知識(shí)庫，也可以方便地對知識(shí)庫中的規(guī)則進(jìn)行修改，操作人員可以在操作中隨中的規(guī)則進(jìn)行修改，操作人員可以在操作中隨時(shí)得到專家系統(tǒng)的幫助，了解系統(tǒng)，并應(yīng)用系時(shí)得到專家系統(tǒng)的幫助，了解系統(tǒng)，

47、并應(yīng)用系統(tǒng)，像專家一樣解決問題。統(tǒng)，像專家一樣解決問題。昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)四、智能控制 （2）知識(shí)庫用以存儲(chǔ)某個(gè)領(lǐng)域的專家知識(shí)，包括理論知識(shí)和用以存儲(chǔ)某個(gè)領(lǐng)域的專家知識(shí)，包括理論知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。專家系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于知經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。專家系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于知識(shí)庫中知識(shí)的完備性和知識(shí)表示的正確性、一致性識(shí)庫中知識(shí)的完備性和知識(shí)表示的正確性、一致性和獨(dú)立性。常用的知識(shí)表示方法有：邏輯因果圖；和獨(dú)立性。常用的知識(shí)表示方法有：邏輯因果圖；產(chǎn)生式規(guī)則；語義網(wǎng)絡(luò)；框架理論和概念從屬等。產(chǎn)生式規(guī)則；語義網(wǎng)絡(luò)；框架理論和概念從屬等。產(chǎn)生式規(guī)則是利用得最多的，其一般形式是

48、產(chǎn)生式規(guī)則是利用得最多的，其一般形式是IF（前提）（前提）THEN（動(dòng)作），將規(guī)則與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)（動(dòng)作），將規(guī)則與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)相匹配，一旦成功，就執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作或得出結(jié)論。相匹配，一旦成功，就執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作或得出結(jié)論。昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)四、智能控制 （3）知識(shí)獲取要保證知識(shí)庫能對應(yīng)用對象所有要保證知識(shí)庫能對應(yīng)用對象所有狀態(tài)的描的描述具有完備性和正確性，往往要求新知識(shí)的獲述具有完備性和正確性，往往要求新知識(shí)的獲取。取。一方面將專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行描述并寫將專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行描述并寫入，入，另一方面是進(jìn)行機(jī)器自學(xué)習(xí)，增加新知識(shí)。是進(jìn)行機(jī)器自學(xué)習(xí)，增加新知識(shí)。昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)四、智能控制 （4）數(shù)據(jù)庫用以存儲(chǔ)表征應(yīng)用對象的特性數(shù)據(jù)、狀態(tài)用以存儲(chǔ)表征應(yīng)用對象的特性數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、求解目標(biāo)和中間狀態(tài)數(shù)據(jù)等，供推理機(jī)數(shù)據(jù)、求解目標(biāo)和中間狀態(tài)數(shù)據(jù)等，供推理機(jī)和解釋機(jī)構(gòu)使用。和解釋機(jī)構(gòu)使用。昆明理工大學(xué)7 7 先進(jìn)先進(jìn)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)四、智能控制 （5）解釋機(jī)構(gòu)用以檢驗(yàn)和解釋知識(shí)庫中相應(yīng)規(guī)則的用以檢驗(yàn)和解釋知識(shí)庫中相應(yīng)規(guī)則的條件部分，即用推理得到的中間結(jié)果對規(guī)則的條件，即用推理得到的中間結(jié)果對規(guī)則的條件部分中的變量加以約束，并將該規(guī)則所預(yù)言的部分中的變量加以約束，并將該規(guī)則所預(yù)言的變化返回