第章復(fù)雜過程控制系統(tǒng)

第8章復(fù)雜過程控制系統(tǒng)

本章要點(diǎn)1）了解多變量耦合控制系統(tǒng)的應(yīng)用背景及要解決的問題，熟悉相對(duì)增益的概念，掌握相對(duì)增益矩陣的計(jì)算方法，學(xué)會(huì)用相對(duì)增益判斷系統(tǒng)的耦合程度，掌握常見的前饋補(bǔ)償解耦設(shè)計(jì)方法；2）了解適應(yīng)式控制系統(tǒng)的應(yīng)用背景，熟悉三種過程參數(shù)變化時(shí)的適應(yīng)式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理；3）熟悉推理控制系統(tǒng)的工作原理與性能特點(diǎn)，掌握設(shè)計(jì)方法；4）熟悉預(yù)測(cè)控制的主要原理，掌握單步預(yù)測(cè)控制的設(shè)計(jì)方法；5）熟悉模糊控制的基本組成，掌握模糊控制器的設(shè)計(jì)步驟。

8.1序言

有一些工業(yè)過程，它們存在如下一些特點(diǎn)：1）輸入/輸出變量在兩個(gè)及其以上，且相互存在耦合;2）過程的某些特征參數(shù)，如放大倍數(shù)、時(shí)間常數(shù)、純滯后時(shí)間等，隨時(shí)間不斷變化；3）過程的干擾量與輸出量無法測(cè)量或難以測(cè)量；4）過程的參數(shù)模型難以得到，只能獲得非參數(shù)模型，如階躍響應(yīng)曲線或脈沖響應(yīng)曲線等；5）過程的響應(yīng)曲線也難以得到，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得到一系列“如果。。。則。。?！钡目刂埔?guī)則等。上述過程，均具有不同程度的復(fù)雜性，所以將它們統(tǒng)稱為復(fù)雜過程。面對(duì)這些復(fù)雜過程，前面討論的控制策略和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法已不能滿足要求。本章將討論針對(duì)上述各種復(fù)雜過程進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相應(yīng)方法。8.2多變量解耦控制系統(tǒng)耦合過程及其要解決的問題火力發(fā)電廠部分場(chǎng)景電場(chǎng)鍋爐多變量耦合過程示意圖多變量解耦控制系統(tǒng)實(shí)例需要解決的問題1）如何判斷多變量過程的耦合程度？2）如何最大限度地減少耦合程度？3）在什么情況下必須進(jìn)行解耦設(shè)計(jì)，如何進(jìn)行解耦設(shè)計(jì)？

當(dāng)干擾使壓力升高時(shí)，通過壓力調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)，開大調(diào)節(jié)閥1的開度，增加旁路回流量，減小排出量，迫使壓力回到給定值上；與此同時(shí)，壓力的升高，會(huì)使調(diào)節(jié)閥2前后的壓差增大，導(dǎo)致閥門開度未變時(shí)流量的增大。此時(shí)，通過流量控制回路，關(guān)小調(diào)節(jié)閥2的閥門開度，迫使閥后流量回到給定值上。由于閥后流量的減小又將引起閥前壓力的增加。耦合過程及其要解決的問題1、相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣

（1）開環(huán)增益

在相互耦合的維被控過程中選擇第個(gè)通道，使所有其他控制量（）都保持不變時(shí)將控制量改變一個(gè)Δ所得到的的變化量Δ與Δ之比，定義為到通道的開環(huán)增益，表示為（2）閉環(huán)增益（3）相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣

還是選擇第個(gè)通道，將其他所有通道進(jìn)行閉環(huán)并采用積分調(diào)節(jié)使其他被控量（）都保持不變，只改變被控量所得到的變化量與的變化量之比，定義為到通道的閉環(huán)增益，表示為2．相對(duì)增益矩陣的獲取兩輸入/兩輸出耦合過程：（1）偏微分方法

同理：（2）增益矩陣計(jì)算法

為閉環(huán)增益的倒數(shù)其中：矩陣與矩陣互為逆矩陣

相對(duì)增益矩陣的每個(gè)元素等于矩陣中的對(duì)應(yīng)元素與矩陣轉(zhuǎn)置后對(duì)應(yīng)元素的乘積。相對(duì)增益矩陣的每個(gè)元素也可以表示成矩陣中的每個(gè)元素與矩陣求逆并轉(zhuǎn)置后的對(duì)應(yīng)元素的乘積，記為表示兩矩陣的對(duì)應(yīng)元素相乘。3．奧相對(duì)票增益澆矩陣秘的性悼質(zhì)可見興，一沖個(gè)雙菠變量駐耦合治過程臣，λ矩陣怕中每辣行元晚素之弟和為爹1，丟每列育元素即每訂一行裕元素?cái)r之和陸為1眠，每宋一列共元素緒之和帳也為色1。之和闊也為筒1。隸對(duì)于維被歡控過難程，層可以青證明船上述潛結(jié)論想依然規(guī)成立匪，用途溪：第一籮是可英以大膛大減信少計(jì)搏算的投工作蜓量。第二稼是揭久示了史相對(duì)票增益榜矩陣前中各份元素僑之間稼存在嚼某種炸定性祝關(guān)系壓。推廣怎到一揪般情親況，鍵也成角立。(1)當(dāng)表明其它通道對(duì)該通道的關(guān)聯(lián)作用不強(qiáng)，可不必解耦；(3)當(dāng)則該通道的變量配對(duì)不恰當(dāng)，應(yīng)當(dāng)重新選擇。(2)當(dāng)

表明系統(tǒng)中存在嚴(yán)重的耦合，解耦設(shè)計(jì)是必要的；4．般相對(duì)母增益國與耦模合特補(bǔ)性例：寸三種搞流體牽混合懼過程控制灰要求鼓：1芹:穩(wěn)每定熱徐量H約11聾和H虛222:騎穩(wěn)定爆總流她量Q遙。5.更變量臟配對(duì)冊(cè)實(shí)例假設(shè)：兩側(cè)管道對(duì)稱變量搏配對(duì)絨方案U2QU1,U3H11,H22控制方案：變量配對(duì)方案變量凳配對(duì)梳實(shí)例已知棋：H11QH22U1U2U3變量掙配對(duì)余實(shí)例H11QH22U1U2U3U2QU1,U3H11,H22是正確的控制方案：1前護(hù)饋補(bǔ)舍償設(shè)馳計(jì)法耦合腐過程慌及其輪要解齒決的漫問題所謂迷解耦衛(wèi)設(shè)計(jì)隨，就右是設(shè)掃計(jì)一輔個(gè)解遠(yuǎn)耦裝狂置，產(chǎn)使其袋中任理意一貫個(gè)控磨制量離的變筐化只跳影響數(shù)其配普對(duì)的吧那個(gè)場(chǎng)被控乖變量群而不排影響該其他劑控制釘回路筍的被波控變姜量，把即將痛多變循量耦外合控今制系御統(tǒng)分杯解成問若干嚷個(gè)相谷互獨(dú)參立的睬單變天量控?cái)n制系亦統(tǒng)。設(shè)計(jì)呢方法2對(duì)厘角矩葉陣設(shè)牙計(jì)法GB(s胃)的實(shí)?，F(xiàn)問名題解耦控制氧器對(duì)角擱矩陣拼設(shè)計(jì)妖方法設(shè)令則對(duì)雙細(xì)變量阿控制崗系統(tǒng)糾為：對(duì)角堂矩陣災(zāi)設(shè)計(jì)世方法則注意濟(jì)：此丸方法咳需要后合理懸設(shè)計(jì)繞目標(biāo)答對(duì)角凈陣的盯傳遞卡函數(shù)粒！對(duì)角撞矩陣切設(shè)計(jì)裝方法3單命位矩妙陣設(shè)啄計(jì)法設(shè)則4振解耦隆控制宣系統(tǒng)廚的簡(jiǎn)紫化設(shè)吉計(jì)比較恨常用僵的方造法有制：當(dāng)過勺程模劍型的鳥時(shí)間肝常數(shù)嚼相差窩很大犧時(shí)，鉛則可唱以忽祝略較苗小的企時(shí)間頂常數(shù)獨(dú)；當(dāng)過惜程模突型的老時(shí)間干常數(shù)敢相差丙不大焰時(shí)，多則可疏以讓棉它們采相等像。例：一個(gè)旨三變焦量控綁制系僵統(tǒng)的石過程冰傳遞俘函數(shù)度陣為根據(jù)六上述刊簡(jiǎn)化蛛方法襪，將和簡(jiǎn)化記為一愚階慣湖性環(huán)灘節(jié)，獨(dú)將和的時(shí)溉間常脫數(shù)忽乎略而厘成為拒比例粗環(huán)節(jié)物，同決時(shí)令和的時(shí)恥間常窮數(shù)相夫等，勵(lì)則上離述傳棟遞函躬數(shù)矩屬陣最驚終簡(jiǎn)春化為最后巾，利涉用對(duì)伍角矩溜陣法第或單蛙位矩筒陣法蘿，依勢(shì)據(jù)簡(jiǎn)牽化后嫁的傳衰遞函咳數(shù)矩?zé)絷嚽蟛砍鼋饫振钛b刃置毒。5．魄解耦植控制做系統(tǒng)川設(shè)計(jì)搬舉例兩種柳料液醉q1雪和q污2經(jīng)項(xiàng)均勻幕混合燥后送各出，夕要求滔對(duì)混隔合液皂的流猴量q妻和成屬分a駛進(jìn)行毅控制蹤蝶，流留量q倘和成蓬分a稍，分躬?jiǎng)e由晌q1騙和q俘2進(jìn)遞行控抓制。靜態(tài)將關(guān)系涼式為設(shè)相矛對(duì)增課益矩甲陣為若已棗知q熄1＝他q2準(zhǔn)＝2留5，陶則a額＝0突.5渠，若測(cè)斜得被債控過揮程的柔特性參為：當(dāng)采善用對(duì)矩角矩痕陣設(shè)充計(jì)法家時(shí)，文設(shè)期泄望的吐等效慮過程響特性原為：則解效耦裝間置的變數(shù)學(xué)身模型憂為：式中若采鵝用單廳位矩棕陣設(shè)妙計(jì)法引時(shí)，踢期望橡的等秩效過素程特況性為賊：則解鞋耦裝斑置的挎數(shù)學(xué)默模型嘩為：式中采用第單位豎矩陣詳設(shè)計(jì)川法所徒得解擁耦裝浪置要適比對(duì)勻角矩洋陣設(shè)積計(jì)法鏡復(fù)雜言（多給了微劑分環(huán)除節(jié)）徹，但慈期望劑的等鏡效過詞程特翁性卻稼比對(duì)姿角矩當(dāng)陣設(shè)變計(jì)法賓有很群大的樂改善勤。過程摩特性潛的近扣似描苦述：1、薪適應(yīng)臟靜態(tài)那增益粉變化裳的控堆制策這略。2、蜻適應(yīng)鞏純時(shí)洲延時(shí)蔥間變扶化的遼控制餡策略3、你適應(yīng)阻時(shí)間聾常數(shù)幕變化天的控耽制策蠻略8.心3城適應(yīng)脖過程席參數(shù)槐變化昌的控追制系合統(tǒng)適應(yīng)受靜態(tài)博增益騎變化辭的控跪制系方統(tǒng)假設(shè)姑為或是模罪擬正迫常工賴況下善的模房誠型（懂亦稱愛參考紛模型威）或分別梅為外嗎加調(diào)構(gòu)整環(huán)吳節(jié)輸刑出的撫拉氏敘變換羊值或畫時(shí)域東值。若選碼擇模絡(luò)型誤賭差的攏平方塞積分饒作為癥控制晴的目陜標(biāo)函安數(shù)，趟即依據(jù)妖最速混下降拉原理耀，外饒加調(diào)饒整環(huán)發(fā)節(jié)的俯輸出的變咳化規(guī)瓶律為津：式中錄，為下川降步騙長，堪可通棚過試艱驗(yàn)確湊定。拘可得其中丹：令則有整個(gè)滾調(diào)整乖環(huán)節(jié)拾的輸遼出或的構(gòu)巡壽成如踢下：或根據(jù)暢以上盾分析朱，能韻適應(yīng)的變夢(mèng)化，哲并能規(guī)最大辟限度土地減兇少由目于的變立化所貧產(chǎn)生騙的控點(diǎn)制誤穿差。適應(yīng)參純滯此后時(shí)般間變享化的河控制膚系統(tǒng)是模盤擬正撥常工膀況下裁的參蹦考模弄型，丸環(huán)境偷變化小引起困純滯饞后時(shí)柱間變化右時(shí)用表示儲(chǔ)。為包魚括調(diào)湯節(jié)器義在內(nèi)盟的整門個(gè)調(diào)毯整環(huán)賠節(jié)的近輸出假設(shè)或式中失，或分別良為調(diào)祖整環(huán)駱節(jié)輸晴出的俗拉氏垃變換盾值或市時(shí)域徒值。選擇草模型斑誤差補(bǔ)的平云方積的分作胡為控澇制目球標(biāo)函憲數(shù)，紙即依據(jù)偷最速款下降巖原理先，此榨時(shí)外火加調(diào)析整環(huán)茂節(jié)的缺輸出的變卡化規(guī)嶄律為式中聞，為下編降步礎(chǔ)長，愁可通辯過試端驗(yàn)確扎定。進(jìn)而頑有式中否，所以個(gè)有令，則鈔有或整個(gè)躁調(diào)整督環(huán)節(jié)子的輸醬出或的構(gòu)蝦成如信下：或以上缸分析顏同樣筋推證睬了控醉制系斬統(tǒng)的惱合理犬性，順最大金限度構(gòu)地減聞少了概純滯航后時(shí)樸間的變餐化所塘產(chǎn)生鋼的控刑制誤頁差。適應(yīng)起時(shí)間揉常數(shù)纖變化島的控養(yǎng)制系惹統(tǒng)工業(yè)蔑生產(chǎn)虹過程泊中，仁凡是鞏傳熱偵、傳尾質(zhì)狀晉態(tài)的霉變化螞均會(huì)紀(jì)引起偷過程燥時(shí)間期常數(shù)的變束化，單從而法會(huì)引街起過聾程動(dòng)丘態(tài)增禾益的泥變化掠。為閣了保湯持原攔系統(tǒng)忘的動(dòng)劍態(tài)增障益不聲變，儲(chǔ)同樣戶可以捉通過雨外加弟一個(gè)拋?zhàn)詣?dòng)我調(diào)整贏裝置御，自伏動(dòng)維瘡持整剃個(gè)開靠環(huán)增孩益不摔變。依然頌是模努擬正抹常工證況下捏的模央型，縫環(huán)境輩變化祥引起子過程哥時(shí)間缸常數(shù)的變麻化，停用表示獅。為包翁括調(diào)喝節(jié)器純?cè)趦?nèi)只的整各個(gè)調(diào)悔整環(huán)磨節(jié)的問輸出假設(shè)或式中凍，或分別墓為調(diào)巨整環(huán)旱節(jié)輸異出的絡(luò)拉氏軌變換迫值或像時(shí)域費(fèi)值。選擇哪模型甲誤差滑的平摔方積宗分作信為控舌制目縱標(biāo)函男數(shù)，打即依據(jù)專最速團(tuán)下降咳原理呢，此顆時(shí)外觸加調(diào)智整環(huán)梨節(jié)的異輸出的變贈(zèng)化規(guī)挎律為式中息，為下?lián)辖挡疥囬L，完可通談過試案驗(yàn)確燥定?；颍旱淖冋セ?guī)體律為式中澤，整個(gè)身調(diào)整徑環(huán)節(jié)府的輸繼出或的構(gòu)炒成如慮下：或以上胳分析那同樣過推證贊了控舉制系鏟統(tǒng)的掌合理淹性，摘最大巾限度搖地減墾少了味時(shí)間容常數(shù)的變辜化所銜產(chǎn)生良的控血制誤兄差。以上混三種哲適應(yīng)米式控芳制系裕統(tǒng)的糞最大逗特點(diǎn)候是原妙理簡(jiǎn)郵單、熔概念晃清晰梢，用你常規(guī)往調(diào)節(jié)鋸器即著可實(shí)應(yīng)現(xiàn)。悼在實(shí)縮慧際使喚用時(shí)致，先慚測(cè)得如被控禁過程想的階駐躍響鍬應(yīng)曲惑線，蝦求得慰三個(gè)蝕特征灰參數(shù)、、，然偷后根閑據(jù)三杏個(gè)參念數(shù)中丹變化任最大浮的情槍況選呈用相洞應(yīng)的鼻控制把方案好。8.纏4紛推理胸控制俊系統(tǒng)采用梯控制縣輔助例輸出籌量的筆辦法嘴間接所控制災(zāi)過程勾的主剩要輸案出量權(quán)，這旬就是墊推理賄控制脈（I插nf銜er存en偏ti賺al更C負(fù)on愉tr史ol夏）的馬主要堪構(gòu)想榮。它是攝由美漲國的村Co軍le其ma參n量Br眨os犁il閑ow素和M陪ar柿ti掠n芽To奪ng漲等人舊于1掃97耍8年系提出紅來的拉。他妨們根惠據(jù)過疲程輸免出的斧性能準(zhǔn)要求供，在必建立榴過程與數(shù)學(xué)痛模型六的基夾礎(chǔ)上鄭，通賄過數(shù)喂學(xué)推起理，助導(dǎo)出核推理單控制閉系統(tǒng)很應(yīng)該攤具有妻的結(jié)或構(gòu)形豬式。8.之4.映1糞推理隙控制軍系統(tǒng)共的組昨成由上漆圖可淋得：（8臉－7袋2）（8腿－7它3）由式考（8括－7震2）茅可得將式桃（8巷－7絡(luò)4）創(chuàng)代入攀式（濫8－忙73紗）可鍋得（8郵－7漢4）設(shè)（8扁－7么5）若設(shè)則有＝0（8橫－7系7）（8配－7膛8）由式嘆（8平－7招5）煌和式采（8浴－7孝7）現(xiàn)可以司得到的傳更遞函恢?jǐn)?shù)為（8影－7勸9）上式鋼表明哈，取決香于被占控過塞程各綢通道盾的動(dòng)算態(tài)特奶性。泥若已詳知過南程各去通道的估倦計(jì)值蕉為動(dòng)態(tài)寇特性疼的估倍計(jì)值貨，則慌可得（8北－8登0）式中饑，過程潛的控饅制輸少入為將式碰（8案－8桂1）姑進(jìn)一其步改澤寫后奶，則柜有（8跟－8盒1）（8里－8纏2）推理留控制爬部分塵的實(shí)究現(xiàn)框第圖由圖蹤蝶8－晚14仁不難陵看出法，推翻理控擦制具茫有三但個(gè)基廳本特歲征。1．實(shí)現(xiàn)了信號(hào)分離當(dāng)干擾對(duì)輔助輸出通道的數(shù)學(xué)模型完全匹配時(shí)，即則有（8－83）

，2．實(shí)現(xiàn)了不可測(cè)干擾的估計(jì)已知估計(jì)器，若，其輸入則為若，則估計(jì)器的輸出為（8－84）

它等于不可測(cè)干擾對(duì)過程主要輸出（即被控變量）影響的估計(jì)3．修可實(shí)歷現(xiàn)理煎想控鮮制推理嗎—反軌饋控找制系宇統(tǒng)在實(shí)崗際生些產(chǎn)中盞，過唉程模勻型不瞞可能盒與實(shí)郊際過木程完帥全匹盯配，掀因而因系統(tǒng)肥的主午要輸雖出也衣不可帖避免豆地存貪在穩(wěn)平態(tài)誤酬差。申為了磁消除堪主要厚輸出怨的穩(wěn)液態(tài)誤喪差，豬應(yīng)引域入主缺要輸漿出的參反饋片。但熊由于側(cè)主要填輸出冬又不并可測(cè)鋼量，暫所以鉗必須輸采用盜推理嘩方法齊估算威出主惱要輸徒出量橋，從好而構(gòu)冶成推咱理—竭—反肢饋控免制系料統(tǒng)。推理彼—反紛饋控窯制系驢統(tǒng)框股圖由上逆圖可秤得：（8閉－8榴7）（8舟－8銷8）由式釣（8闖－8佳8）鹿可得頃不可燦測(cè)干罪擾的綿估算猜式為將上訊式代受入式簡(jiǎn)（8鮮－8狀7）仔，可拌得主土要輸元出變瞎量的煙估算傍式為（8再－8援9）式（聾8－雅89飛）表傲明，腰主要皺輸出元變量度的估沖計(jì)值細(xì)是可飲測(cè)的嚇輔助扇輸出款變量辦和控缸制變免量的暑函數(shù)成，將搖它作督為反變饋量研構(gòu)成堂的推蹄理－犯反饋面控制博系統(tǒng)妨。當(dāng)模渣型不霉存在焦誤差談時(shí)，暢則有（8竟－9歡0）式（掏8－包90點(diǎn)）說麻明反刪饋信話號(hào)是珠實(shí)際擁的主會(huì)要輸每出變掃量，碑此時(shí)拒只要第控制盞器干中店包含都積分攀調(diào)節(jié)帝規(guī)律勺，就堆能夠盲保證素主要帶輸出疊的穩(wěn)行態(tài)誤灶差為歌零；豪當(dāng)存匪在模護(hù)型誤睬差或讓其它撇干擾慶而導(dǎo)披致幣時(shí)淚，同跌樣可忌以通魔過適鹽當(dāng)選撕擇團(tuán)的癥調(diào)節(jié)戚規(guī)律惑，也逃能夠室實(shí)現(xiàn)射對(duì)設(shè)凳定值芽變化從的良丈好跟才蹤和雪對(duì)干溜擾的燦有效凱抑制釘。8.揉4.異3劉輸企出可債測(cè)條廢件下容的推狡理控仇制1．戲系統(tǒng)傾構(gòu)成由上寒圖可餅得系錯(cuò)統(tǒng)的坊輸出演為式中為慣謹(jǐn)性濾負(fù)波器疾，當(dāng)時(shí)，紡則有就是行說，彼在模倦型準(zhǔn)將確的尤情況易下，辜輸出制響應(yīng)薯與輸獎(jiǎng)出不誰可測(cè)抬情況罩下的辜推理川控制棕一樣猴。2．耀控制旁系統(tǒng)氣的性恰能（1）魯棒性

設(shè)，則系統(tǒng)輸出為因?yàn)闉V波器的靜態(tài)增益＝1，所以在設(shè)定值階躍干擾作用下，系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)偏差為（8－92）在階躍不可測(cè)干擾作用下，系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)偏差為（8－93）從以儀上分炎析可曾以得干到一碰個(gè)很醋有用熔的結(jié)篇論，束即不院管模敘型是裕否存聲在誤討差或舌干擾老，只要孩滿足＝1褲，系霉統(tǒng)輸阻出總炊是穩(wěn)穿態(tài)無病偏的縣。這繭種系肯統(tǒng)為確什么簽?zāi)苡邪W這樣好的儀穩(wěn)態(tài)往性能閱呢？傲若將叛圖8卡－1握6重熄新安斷排成芝圖8玩－1讀7。溝圖中撒，點(diǎn)嬌劃線賤框內(nèi)科部分相返當(dāng)于澡一個(gè)沈反饋舍控制沈器，喂其等客效傳抬遞函巡壽數(shù)為（8－94）可見當(dāng)濾波器的靜態(tài)增益＝1時(shí)，等效反饋控制器的增益為無窮大，這就是該系統(tǒng)能夠消除穩(wěn)態(tài)誤差的原因所在。（2愁）與戒前饋柏－反歐饋相防比無論槐是在營設(shè)定撓值干懲擾還蜻是在多不可煙測(cè)干刪擾的堂作用鮮下，丟其穩(wěn)涌態(tài)性考能不梁受模悄型誤差義的影友響。雅若從消克服仙干擾招影響門的角羊度，號(hào)它可拐以看脊成是俗前饋飽——盯反饋納控制的著一種仆延伸愛與發(fā)問展，內(nèi)但它湖又比景前饋柿——線反饋箱控制潮具有血某些雀突出林的優(yōu)績點(diǎn)。1）毅不要鉗求干射擾是斗可測(cè)陜的；2）秀只需盤要建妻立控澇制通頁道的聚模型饅，而伙無需將建立波干擾黨通道少的模挖型；偵前饋?？刂浦荒墚厡?duì)可種測(cè)的蚊干擾胃進(jìn)行廉補(bǔ)償孝，而壘推理據(jù)控制吼則無滅此限監(jiān)制。（3卷）與教Sm數(shù)it遞h預(yù)躍估控兄制相樹比圖中，過程模型為，模型中的與常規(guī)PID調(diào)節(jié)器構(gòu)成一個(gè)等效的控制器。當(dāng)?shù)脑鲆孚呌跓o窮大時(shí)，等效控制器。3．北控制過作用勝的限惰幅在工垮程應(yīng)受用中手，過肥程的產(chǎn)輸入貧信號(hào)嗓常常倘受閥拘門開渠度的圣限制榮，而脾模型肯的輸洽入信號(hào)淹則無頌此限坊制，蘆因而鉆出現(xiàn)五了過添程的念輸入已和模睬型的竄輸入槽不盡虹相同健的情免況，從而吵導(dǎo)致燭輸出脂的穩(wěn)土態(tài)偏屋差不宿能完南全消答除。殊這是要因?yàn)榍辉谄舨畹碾x作用呆下，園推理控腸制器砌的輸席出將努無限身增大辰，出俱現(xiàn)了份一種怖與常鏡規(guī)調(diào)隨節(jié)器蒸中的回積分?jǐn)囡柡凸窒囝愃茋@而又喬不完撇全相攪同的禍現(xiàn)象杏。為親避免蜓這種體現(xiàn)象斬的發(fā)愁生，郊在控符制器杜的輸軌出端增較加一萌個(gè)限距幅器捕，經(jīng)餃過限奔幅以其后的閉信號(hào)稼再分暖別送焰入過劫程和必模型患，如欲圖所示配。限咐幅器數(shù)的引唉入，默大大為改善辱了系柿統(tǒng)的訴性能換。8.段5抵預(yù)蹤蝶測(cè)控焰制系先統(tǒng)人們紀(jì)設(shè)想骨從工泛業(yè)過念程的告特點(diǎn)笛出發(fā)怨，尋亞找一亞種對(duì)駱模型浙精度舟要求嘆不高飲而同亞樣能蛙實(shí)現(xiàn)我高質(zhì)嫁量控鏟制的美方法陽，預(yù)籃測(cè)控胖制就碎是在幸這種膀需要條下發(fā)注展起蜂來的鏟，并昌很快怎在工屆業(yè)生著產(chǎn)過遼程自強(qiáng)動(dòng)化扶中獲熔得了睜成功母的應(yīng)離用，徹取得哭了很投好的沸控制爛效果期。各種遭相近諷的預(yù)蕉測(cè)控碎制有丟：模辨型預(yù)則測(cè)啟摸發(fā)控?fù)?jù)制（稼Mo伴de兆l慚Pr解ed肉ic膝ti顆ve錄H池eu確ri棄st泳ic喝C玻on御tr蠟ol到:M摔PH汗C）床、模遠(yuǎn)型算及法控揉制（冷Mo窮de慎l順Al襯go哥ti恥th查mi牙c:問MA蠻C）值、動(dòng)攻態(tài)矩顆陣控剖制（礙Dy卻na們mi就c眠M(jìn)a夏te夸ix狹C兔on彎tr分ol克:D貍MC辰）、調(diào)預(yù)測(cè)波控制窯（P財(cái)re飼di是ct蚊iv困e臨Co食nt港ro鈴l莖:P別C）嚴(yán)等。預(yù)測(cè)吊控制攀也稱腔基于獎(jiǎng)非參呆數(shù)模潤型的驗(yàn)控制作，它緒的系盾統(tǒng)結(jié)俱構(gòu)主燥要由錄預(yù)測(cè)閑模型正、參拐考軌餓跡、羽滾動(dòng)馳優(yōu)化態(tài)、反唐饋校叮正等辰幾部疊分構(gòu)戲成。預(yù)測(cè)現(xiàn)模型對(duì)于一個(gè)漸近穩(wěn)定的被控過程，可以通過實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定其階躍響應(yīng)曲線或矩形脈沖響應(yīng)曲線，并分別以和表示。而其真實(shí)的響應(yīng)分別用和表示。漸近旁穩(wěn)定烏過程延的實(shí)貌測(cè)單腿位階跟躍響短應(yīng)曲四線現(xiàn)將階曲線播從時(shí)風(fēng)刻t桐=0耍（初桐始時(shí)摟刻）善到（曲除線趨型向穩(wěn)鼻定的廈時(shí)刻完）分成田N墨段。緊若采淚用等夏間隔柱采樣渡，采釋樣周擠期為，每創(chuàng)個(gè)采肅樣時(shí)摘刻為（），弄其對(duì)膝應(yīng)值西為,稱為現(xiàn)截?cái)嗔聿介L汽（亦爭(zhēng)稱模階型時(shí)域長乖度）惠，令為響我應(yīng)曲乘線的頓穩(wěn)態(tài)撿值。陣定義別有限射個(gè)信央息的集腥合為娛預(yù)測(cè)垃模型擊。假欄定預(yù)田測(cè)步負(fù)長為食P，濟(jì)且，預(yù)赤測(cè)模粘型的焦輸出靜為，則銳可根百據(jù)離挑散卷猴積公網(wǎng)式，拔算出柜由白k時(shí)允刻起索到肆(k末+p虧)時(shí)純刻的圣輸出，即（8慎－9閣6）式中鋒，為簡(jiǎn)腿單起礦見，杏可將菌式（叔8－那96罩）用度向量樸形式即表示健為（8鉗－9刪）式中興，如果床由實(shí)縮慧驗(yàn)得賀到的購是圖8狀－2渴2所美示的軌脈沖啟響應(yīng)課曲線，則刺可得倦由俊k時(shí)勺刻起到繳(k床+p去)時(shí)柄刻的感模型史輸出拾為（8攏－9啟8）由威(k斧-1星)時(shí)恨刻起以到家(k吵+p免-1桶)時(shí)監(jiān)刻的駕預(yù)測(cè)添模型駁的輸脈出為（8娛－9箱9）用式憂（8跟－9中8）捉減去秤式（累8－墳99勒），憶可得族預(yù)測(cè)揚(yáng)模型趨輸出拍的增爛量形鄭式為（8常－1望00插）式中榴，同樣愈，公騎式（因8－遞98號(hào)）也影可用坑向量弟形式飾表示當(dāng)為（8－101）式中，在預(yù)芒測(cè)控霜制中批通常如采用顫反饋南修正界的方氧法，城其具攻體做天法是漆：將津第k筋步的巷實(shí)際過閣程的山輸出缸測(cè)量哭值與暴預(yù)測(cè)有模型濟(jì)的輸豈出值壇之差僻乘上駕加權(quán)累系數(shù)序后再腸加到模型膏的預(yù)拿測(cè)輸系出上，石即可飯得到綱所謂膏的閉遣環(huán)預(yù)揭測(cè)模罪型，鄭記為即（8跟－1降02右）式中罵，為加將權(quán)系全數(shù)向劫量，為k時(shí)刻恐實(shí)際嚴(yán)過程騙的輸泰出測(cè)構(gòu)量值為k時(shí)刻寧預(yù)測(cè)圍模型巷的輸爛出值辟。8.箭5.館2革參籌考軌陳跡參考席軌跡垮通常丘用一龜階指衛(wèi)數(shù)曲老線表筋示，料它的味起始演值即往為過常程實(shí)暗際輸荒出在利k時(shí)刻琴的值鑰，它劑在未繪來時(shí)射刻的效值可夠表示徹為（8－103）式中，T為采樣周期；為參考軌跡的時(shí)間常數(shù)，優(yōu)化永算法所謂儀優(yōu)化駐算法詢是指障依據(jù)斯預(yù)測(cè)伙模型適和參逆考軌遲跡，肢求解圍L嫁(L霞為控瓜制步重長癢)個(gè)控搏制量，使徑所選踐的目院標(biāo)函差數(shù)最聰小。塞目標(biāo)函數(shù)宜可以擔(dān)采用財(cái)各種手不同雁的形燒式。名例如榆可以嬸選?。?辦－1叨04勉）式中端，為非閣負(fù)加守權(quán)系授數(shù)，戴它的師大小生決定柱了各朗采樣孕時(shí)刻董的誤別差在目標(biāo)授函數(shù)度J中醋所占連的比狀重，冷P修為最傷優(yōu)化鬧時(shí)域虛或預(yù)原報(bào)時(shí)企域長痛度，教通常。下圖由所示出為預(yù)叫測(cè)控產(chǎn)制算鏈法原懸理框坊圖，鑄下面規(guī)以模混型算黨法控白制（秤MA魔C）兔為例進(jìn)行僚進(jìn)一腎步的獲說明消。假設(shè)覆實(shí)際鍛過程炕的脈呈沖響輔應(yīng)為，開歡環(huán)模遠(yuǎn)型的譯脈沖汽響應(yīng)隊(duì)為，已蒼知開伯環(huán)模廚型的抄預(yù)測(cè)爛輸出敞為為簡(jiǎn)稍單起坦見，砍設(shè)預(yù)凈測(cè)步命長P腰＝1扎，控婚制步蠻長臘L＝葵1，輝即所辭謂單截步預(yù)注測(cè)、單步滾控制呈。最優(yōu)帆控制費(fèi)策略杯應(yīng)使，因量而有由此裝可解或出最遲優(yōu)控敏制（8－105）若需記要進(jìn)躬行反倒饋修湯正，副只要奶將式匪（8辜－1案02旱）所竄示的紗閉環(huán)結(jié)預(yù)測(cè)躁模型音代替開芳環(huán)預(yù)湊測(cè)模旗型即處可得效到閉立環(huán)預(yù)搞測(cè)模撇型下滾的最求優(yōu)控仁制為（8－106）8.課6足模糊集控制8.漆6.鄉(xiāng)豐1多模悼糊控躍制及來其特葡點(diǎn)19苦74夏年，厘英國需的根督據(jù)美縫國自芳動(dòng)控芝制理第論專宇家于1譽(yù)96福5年叢提出傳的模奴糊集謠合理傷論，郵提出揀了模嫁糊控刻制器新的概貫?zāi)睿礃?biāo)志弟了模糊控蘭制理甘論的緊正式握誕生辯。此惱后，遺工業(yè)從過程辮控制峽就成妙了應(yīng)摧用模杠糊控關(guān)制理論最手活躍盾的領(lǐng)嬸域之沒一。肺之所蒸以如枕此，再主要榨是因僅為與慘前述里各種針基于偶模型的控落制方君法相存比，霸模糊掉控制栽有如烈下一嶄些突狂出的噸優(yōu)點(diǎn)踏：1）請(qǐng)模糊漆控制蚊完全屠是在替模仿蹄操作貓人員汁控制偷經(jīng)驗(yàn)慘的基販礎(chǔ)上已設(shè)計(jì)際的控味制系統(tǒng)，療無需晴建立鐵數(shù)學(xué)交模型天。2）莊模糊告控制衡具有努較強(qiáng)飽的魯逗棒性舉，即獵被控轎過程碧的參鋼數(shù)變洽化對(duì)勸控制在性能的影拜響不折明顯辱。3）族系統(tǒng)陰的實(shí)且時(shí)性奧強(qiáng)。4）罰體現(xiàn)悉了人騎的智仗能。8.疲6.清2墓預(yù)壇備知莫識(shí)1．模糊集的定義按照L.A.Zadeh提出的模糊集的基本定義，論域上的模糊集合由隸屬函數(shù)來表征，其中在實(shí)軸的閉區(qū)間中取值，的值反映了中的元素x對(duì)于的隸屬程度。換句話說，對(duì)于任意給定的，都有唯一確定的隸屬函數(shù)與之對(duì)應(yīng)。因而可以將表示為2．依模糊醉集的聚基本風(fēng)運(yùn)算設(shè)、，定召義模斜糊集營的基續(xù)本運(yùn)膏算如額下：1）北并集，有（8乞－1刷07努）其中億，符勸號(hào)“”是負(fù)指“鬧對(duì)所吵有的”（犬下同李）或簡(jiǎn)哪記為2）秒交集，有（8破－1閘08注）或簡(jiǎn)桃記為3）圈補(bǔ)集，有（8蛋－1刻09枯）3．陳模糊院關(guān)系輪的定蛛義定義遲笛卡拴爾乘駱積空武間中的云二元教模糊辯關(guān)系為中的犁模糊理集合炎，它促的隸窩屬函誕數(shù)用表示既。4．悼模糊炊關(guān)系孩的基貫本運(yùn)北算設(shè)、是上的母模糊惑關(guān)系匙，它獸們的竟基本坐運(yùn)算撥有：1）相等頭，即（8燒－1植10訴）2）包含傳，即（8叼－1犁11道）3）并，杯即（8繼－1代12碑）4）交，餡即（8申－1著13泥）5．召模糊拔關(guān)系孔的合嗎成設(shè)是上的濫模糊惑關(guān)系錫，是上的叔模糊麥關(guān)系蒙，則對(duì)的合恨成定飾義為（8頓－1轟14益）6．腐模糊校推理如果是勸X到艦Y的研模糊藍(lán)關(guān)系段，是X隊(duì)上的蔑一個(gè)誕模糊弓子集燃，則雅由和所推畝得的李模糊韻子集為：模糊度控制捧的基冤本原產(chǎn)理與坦構(gòu)成從操怪作人銳員對(duì)蘭一個(gè)著工業(yè)崇過程傅的控白制過遠(yuǎn)程可廟以分非析出殼模糊傅控制睛的基俯本工作臂原理踢。由圖移可見校，一詢個(gè)模靜糊控藏制系禾統(tǒng)可旅以由霞以下四四部強(qiáng)分組對(duì)成：1）模糊控制器。它主要完成輸入信息的模糊化、模糊推理與決策和輸出信息的模糊判決等功能；2）輸入輸出接口裝置。它主要完成模數(shù)轉(zhuǎn)換、電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)采樣與濾波、數(shù)模轉(zhuǎn)換等功能；3）廣義被控過程。它包括被控過程與執(zhí)行器等。廣義被控過程可以是線性或非線性的，也可以是模糊的、不確定的、無法用精確數(shù)學(xué)模型描述的過程；4）唉傳感去器與養(yǎng)變送誰器。聽它將盛被控約過程澆的輸奶出信濫號(hào)轉(zhuǎn)線換為譽(yù)相應(yīng)出標(biāo)準(zhǔn)吵的電雀信號(hào)等。上述釋四部紙分構(gòu)匆成了損一個(gè)宴最基躺本的搏負(fù)反幟饋模笛糊控料制系絮統(tǒng)。8.戀6.腎4扒模俱糊控知制系淚統(tǒng)的屋設(shè)計(jì)模糊此控制深系統(tǒng)努實(shí)質(zhì)仙上是霧一個(gè)膽基于逢計(jì)算刑機(jī)的刑控制端系統(tǒng)浪。它攻的設(shè)傳計(jì)任晨務(wù)主要擔(dān)是如理何設(shè)糖計(jì)模摔糊控轟制器圖。一幅般可帽以分普五步示進(jìn)行凍。1.確定模糊控制器的結(jié)構(gòu)

模糊控制器的結(jié)構(gòu)通常是指輸入、輸出變量的個(gè)數(shù)。2.精確量的模糊化和隸屬函數(shù)的確定

通常將系統(tǒng)中的偏差或偏差變化率的實(shí)際范圍稱之為這些變量的基本論域。模糊化的具體做法是：先把觀測(cè)到的偏差或偏差的變化量的范圍定為[－6，＋6]之間的連續(xù)量，設(shè)觀測(cè)到的實(shí)際偏差范圍為，可按式（8－115）將間的變量x轉(zhuǎn)化為[－6，＋6]之間的變量y，即（8－115）表8葬—1頁輸入泉量的寒離散旬化表8堪—2更離散宰化域威上8局檔對(duì)字應(yīng)的識(shí)模糊烤子集要隸屬命度表8姑—3渴離散歲化域承上8孕檔對(duì)奮應(yīng)的栗模糊臺(tái)子集弱隸。戲SV酒RN跨SW爐IM傲WY諷UD截屬度3．乳確定碼模糊頂控制縣規(guī)則根據(jù)級(jí)“依白據(jù)偏遭差糾磚正偏穿差”許的反椒饋控粉制基砌本原僚理，蒼一般瓦模糊潔控制刃規(guī)則誼可歸懷納為嘩：1）2）3）4）5）6）7）8）9）10岡）11集）12龜）13周）14牛