針對(duì)外部環(huán)境變化的調(diào)度、跟蹤及相關(guān)控制問(wèn)題初探.pdf

1、工業(yè)過(guò)程控制的目標(biāo)是確保被控輸出以一定精度跟蹤預(yù)設(shè)操作狀態(tài)，這種“操作狀態(tài)”就是通常所說(shuō)的“設(shè)定點(diǎn)”概念。如化工過(guò)程中的連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器(CSTR)系統(tǒng)，控制目標(biāo)是使得CSTR中的混合原料達(dá)到一個(gè)要求的溫度和濃度（可根據(jù)原料特性的不同，由人工改變），以合成合格的化工產(chǎn)品。以往一般的設(shè)定點(diǎn)控制研究假定設(shè)定點(diǎn)（參考信號(hào)）事先已知，很少關(guān)注設(shè)定點(diǎn)的設(shè)置問(wèn)題。為了能夠在未來(lái)的工作中去除這個(gè)假設(shè)，本文研究針對(duì)外部環(huán)境變化的調(diào)度、跟蹤及相關(guān)控制問(wèn)

2、題，是對(duì)依據(jù)工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化規(guī)劃被控對(duì)象運(yùn)行軌跡問(wèn)題的初步探索。本文的主要內(nèi)容包括以下三個(gè)方面:
　　1.)根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境變化規(guī)劃被控對(duì)象的運(yùn)行軌跡，離不開(kāi)應(yīng)對(duì)外部環(huán)境變化的調(diào)度研究。
　　(1)在現(xiàn)實(shí)世界的工廠中，經(jīng)常要檢測(cè)并處理一些可能對(duì)生產(chǎn)過(guò)程或產(chǎn)品質(zhì)量造成風(fēng)險(xiǎn)的外部環(huán)境變化，第二章提出一個(gè)新的重調(diào)度/調(diào)度框架處理外部環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)存的調(diào)度研究中，重調(diào)度分析因子一般是資源和工作相關(guān)的，很少涉及外部環(huán)境變化，該章擴(kuò)展了

3、重調(diào)度環(huán)境包含元素境況，其專(zhuān)門(mén)用來(lái)描述外部環(huán)境。引入適合度概念判斷是否需要為應(yīng)對(duì)外部環(huán)境變化啟動(dòng)重調(diào)度。然后，將上訴框架應(yīng)用于實(shí)木家具廠機(jī)加工車(chē)間的調(diào)度問(wèn)題，并為之設(shè)計(jì)了一個(gè)適合度計(jì)算方法。最后，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示了重調(diào)度框架的有效性，并說(shuō)明了在生產(chǎn)調(diào)度中考慮外部環(huán)境的重要性。
　　(2)第三章研究一家實(shí)木家具廠的機(jī)加工車(chē)間的調(diào)度問(wèn)題。眾所周知，“惡劣”天氣經(jīng)常導(dǎo)致木制品質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生。該章提出了一個(gè)新的分派規(guī)則來(lái)安排車(chē)間生產(chǎn)以減少“惡

4、劣”天氣對(duì)木制品質(zhì)量的影響。首先，引入兩個(gè)指標(biāo)——風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)時(shí)間和風(fēng)險(xiǎn)大小來(lái)描述工作要面對(duì)的天氣狀況?；谶@兩個(gè)指標(biāo)，使用模糊決策方法計(jì)算工作適合度，它反映在未來(lái)天氣狀況下適合執(zhí)行某工作的程度。將工作適合度與Rachamadugu&Morton(R&M)分派規(guī)則結(jié)合起來(lái)形成分派規(guī)則。然后，構(gòu)建匹配度度量來(lái)評(píng)估天氣環(huán)境與木制品的含水率要求的匹配程度，匹配度越大，質(zhì)量問(wèn)題發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)越小。最后，在仿真試驗(yàn)中將方法與R&M分派規(guī)則進(jìn)行對(duì)比，可看到

5、新分派規(guī)則能在保證低加權(quán)滯后時(shí)間的同時(shí)大大增加匹配度值。
　　(3)第四章仍研究家具廠機(jī)加工車(chē)間的工作排序問(wèn)題。基于上一章的研究結(jié)果，注意到不同工作對(duì)天氣敏感度不同，進(jìn)一步改進(jìn)了分派規(guī)則，主要目標(biāo)依然是為了減小因“惡劣”天氣導(dǎo)致質(zhì)量問(wèn)題發(fā)生的可能性。除了風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)時(shí)間和風(fēng)險(xiǎn)大小兩個(gè)涉及天氣狀況的指標(biāo)外，又引入一個(gè)新指標(biāo)——工作敏感度來(lái)描述每個(gè)工作?；谶@三個(gè)指標(biāo)，使用模糊決策方法計(jì)算工作適合度，并且構(gòu)建了一個(gè)適合度調(diào)節(jié)因子來(lái)調(diào)整適合

6、度的大小，將調(diào)整過(guò)的適合度與傳統(tǒng)啟發(fā)式方法結(jié)合起來(lái)形成改進(jìn)的分派規(guī)則。然后，設(shè)計(jì)了一個(gè)能反映工作敏感度的度量標(biāo)準(zhǔn)——濕度懲罰，評(píng)估分派規(guī)則的有效性。最后，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新分派規(guī)則能在保持低的加權(quán)流水時(shí)間/滯后時(shí)間的同時(shí)，大大減少質(zhì)量問(wèn)題發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。
　　2.)由于外部環(huán)境變化，控制對(duì)象的某些性質(zhì)發(fā)生變化，導(dǎo)致控制性能受限，被控輸出可能達(dá)不到預(yù)設(shè)的參考值。亟待解決的問(wèn)題是確定在變化后的環(huán)境中被控對(duì)象能達(dá)到哪些參考值，第五章初步探討了

7、這個(gè)問(wèn)題，運(yùn)用模糊控制方法研究一類(lèi)非線性離散時(shí)間系統(tǒng)的輸出跟蹤問(wèn)題。首先，使用扇區(qū)非線性方法將非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為T(mén)akagi-Sugeno(T-S)模型，并建立了時(shí)滯模糊觀測(cè)器估計(jì)狀態(tài)變量和前件變量。在可根據(jù)參考輸入得到目標(biāo)狀態(tài)的條件下，將輸出跟蹤問(wèn)題轉(zhuǎn)化為跟蹤誤差系統(tǒng)的鎮(zhèn)定問(wèn)題，結(jié)果，能使用解決鎮(zhèn)定問(wèn)題的方法實(shí)現(xiàn)輸出跟蹤。然后，引入一個(gè)新的時(shí)滯模糊Lyapunov函數(shù)，可以獨(dú)立設(shè)計(jì)控制器增益和觀測(cè)器增益。最后，提供一個(gè)實(shí)際例子，質(zhì)量——

8、彈簧——阻尼機(jī)械系統(tǒng)，和一個(gè)數(shù)值例子，顯示了我們方法的有效性和優(yōu)越性。
　　3.)事實(shí)上，若把外部環(huán)境變化直接寫(xiě)入控制過(guò)程的微分方程模型中，隨著外部環(huán)境的變化，不同階段的控制模型可視為切換控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)。所以，考慮切換系統(tǒng)的穩(wěn)定性和鎮(zhèn)定問(wèn)題對(duì)于我們的研究是非常重要的。第六章研究離散時(shí)間非線性和線性切換系統(tǒng)的穩(wěn)定性和鎮(zhèn)定問(wèn)題。為了更好地描述切換信號(hào)，我們引入一個(gè)新概念——前向平均駐留時(shí)間。結(jié)合使用多步(multiple-sampl