先進(jìn)控制技術(shù)綜述

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1、WORD格式可編輯先進(jìn)控制技術(shù)綜述1引言在實際的工業(yè)控制過程中，很多系統(tǒng)具有高度的非線性、多變量耦合性、不確定性、信息不完全性和大滯后等特性。對于這種系統(tǒng)很難獲得精確的數(shù)學(xué)模型，并且常規(guī)的控制無法獲得滿意的控制效果。面對這些復(fù)雜的工業(yè)控制產(chǎn)生了新的控制策略，即先進(jìn)控制技術(shù)。先進(jìn)控制技術(shù)包括：自適應(yīng)控制，預(yù)測控制，推理控制，魯棒控制以及包括模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的智能控制方法。本文詳細(xì)介紹了自適應(yīng)控制、預(yù)測控制以及這兩種先進(jìn)控制的應(yīng)用領(lǐng)域和優(yōu)缺點[1]。2自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制的思想是對于系統(tǒng)中的不確定性，以及控制任務(wù)的艱巨性，對于部分未建模的動態(tài)特性、變化的被控對象和干擾信號，及時地測得它們的信

2、息，并根據(jù)此信息按一定的設(shè)計方法，自動地做出控制決策、修改控制器結(jié)構(gòu)和參數(shù)，使其控制信號能夠適應(yīng)對象和擾動的動態(tài)變化，在某種意義上達(dá)到控制效果最優(yōu)或次優(yōu)。2．1自適應(yīng)控制介紹目前自適應(yīng)控制的種類很多，從總體上可以分為三大類：自校正控制、模型參考自適應(yīng)控制和其他類型的自適應(yīng)控制。自校正控制的主要問題是用遞推辨識算法辨識系統(tǒng)參數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)運行指標(biāo)來確定調(diào)節(jié)器或控制器的參數(shù)。其原理簡單、容易實現(xiàn)，現(xiàn)已廣泛地用在參數(shù)變化、有遲滯和時變過程特性，以及具有隨機(jī)擾動的復(fù)雜系統(tǒng)。自校正控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。自校正控制適用于離散隨機(jī)控制系統(tǒng)[2]。圖1自校正控制結(jié)構(gòu)圖模型參考自適應(yīng)控制，利用可調(diào)系統(tǒng)的

3、各種信息，度量或測出各種性能指標(biāo)，把模型參考自適應(yīng)控制與參考模型期望的性能指標(biāo)相比較；用性能指標(biāo)偏差通過非線性反饋的自適應(yīng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生自適應(yīng)律來調(diào)節(jié)可調(diào)系統(tǒng)，以抵消可調(diào)系統(tǒng)因“不確定性”所造成的性專業(yè)技術(shù)知識共享WORD格式可編輯能指標(biāo)的偏差，最后達(dá)到使被控的可調(diào)系統(tǒng)獲得較好的性能指標(biāo)的目的。模型參考自適應(yīng)控制可以處理緩慢變化的不確定性對象的控制問題。由于模型參考自適應(yīng)控制可以不必經(jīng)過系統(tǒng)辨識而度量性能指標(biāo)，因而有可能獲得快速跟蹤控制。模型參考自適應(yīng)控制結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，模型參考自適應(yīng)控制一般用于確定性連續(xù)控制系統(tǒng)。圖2模型參考自適應(yīng)框圖其他形式的自適應(yīng)控制系統(tǒng)是指除前面所描述的自校正控制系統(tǒng)和

4、模型參考控制系統(tǒng)以外基于先進(jìn)理論的自適應(yīng)控制系統(tǒng)及多變量過程自適應(yīng)控制系統(tǒng)、非線性自適應(yīng)控制系統(tǒng)和權(quán)系數(shù)自適應(yīng)控制系統(tǒng)等。2.2自適應(yīng)控制應(yīng)用及其優(yōu)缺點控制器參數(shù)的調(diào)整最早出現(xiàn)于1940年，直到20世紀(jì)50年代末，由于飛機(jī)控制器的需要，麻省理工學(xué)院首先提出了飛機(jī)自動駕駛儀的模型參考自適應(yīng)控制方案。1960年至1970年間，伴隨著控制理論的發(fā)展，自適應(yīng)控制設(shè)計有了有效的基礎(chǔ)，進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，隨著數(shù)字機(jī)性能價格比的迅速改善和微機(jī)應(yīng)用技術(shù)的不斷提高，至此自適應(yīng)控制得到了充分的應(yīng)用。如今自適應(yīng)控制得到進(jìn)一步發(fā)展，其不僅在工業(yè)領(lǐng)域取得了較大的成功，而且在社會、經(jīng)濟(jì)和醫(yī)學(xué)等非工業(yè)領(lǐng)域也進(jìn)行了有益的

5、探索。自適應(yīng)控制的應(yīng)用主要有以下幾個方面：工業(yè)過程控制，智能化高精密機(jī)電或電液系統(tǒng)控制，電力系統(tǒng)的控制，航天航空、航海和無人駕駛，柔性結(jié)構(gòu)與振動和噪聲的控制，生物工程及武器系統(tǒng)。同一般的反饋控制相比，自適應(yīng)控制具有如下優(yōu)點：(1)一般反饋控制主要適用于事先確知的對象或確定性對象。自適應(yīng)控制可應(yīng)用先前無法確知的對象和時變對象。(2)一般反饋控制具有抗干擾能力，能夠消除狀態(tài)擾動引起的系統(tǒng)誤差。自適應(yīng)控制因為有辨識對象和在線修改參數(shù)的能力，因而不僅能夠消除狀態(tài)擾動引起的系統(tǒng)誤差，還能消除系統(tǒng)結(jié)構(gòu)擾動引起的系統(tǒng)誤差。(3)一般反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計需要掌握描述系統(tǒng)特性的數(shù)學(xué)模型及其環(huán)境變化狀況。自適應(yīng)控制

6、系統(tǒng)設(shè)計很少依賴數(shù)學(xué)模型，只需要較少的先驗知識，就可以通過自適應(yīng)的控制設(shè)計實現(xiàn)控制目標(biāo)。(4)自適應(yīng)控制是更復(fù)雜的反饋控制，與一般反饋控制相比增加了自適應(yīng)控制機(jī)構(gòu)或辨識器，還附加了一個可調(diào)系統(tǒng)，可以解決更復(fù)雜的控制問題。專業(yè)技術(shù)知識共享WORD格式可編輯3預(yù)測控制預(yù)測控制是一種基于預(yù)測模型的控制方法，采用了滾動優(yōu)化，反饋矯正等方法。(1)預(yù)測模型：預(yù)測控制是一種基于模型的控制算法，這一模型稱為預(yù)測模型，預(yù)測模型的功能是根據(jù)對象的歷史信息和未來輸入預(yù)測其未來輸出，這里只強(qiáng)調(diào)模型的功能而不強(qiáng)調(diào)其結(jié)構(gòu)形式；因此預(yù)測模型既可以是差分方程、微分方程等參數(shù)模型，也可以是被控過程的脈沖響應(yīng)、階躍響應(yīng)等非參數(shù)

7、模型。(2)滾動優(yōu)化：預(yù)測控制是一種優(yōu)化算法，它是通過某一性能指標(biāo)的最優(yōu)來取得未來控制作用的，與通常的離散最優(yōu)控制算法不同，其不是采用一個對全局相同的優(yōu)化性能指標(biāo)，而是在每一時刻有一個相對于該時刻的優(yōu)化性能指標(biāo)。(3)反饋校正：預(yù)測控制是一種閉環(huán)控制算法。由于實際系統(tǒng)受非線性、時變、模型失配、干擾等因素的影響，基于不變模型的預(yù)測輸出不可能與系統(tǒng)的實際輸出完全一致，而在滾動實施優(yōu)化過程中，又要求模型