先進(jìn)控制技術(shù)綜述

1、1先進(jìn)控制技術(shù)綜述1引言在實(shí)際的工業(yè)控制過(guò)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(duì)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(wú)法獲得滿意的控制效果。面對(duì)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(cè)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(cè)控制以及這兩種先進(jìn)控制的應(yīng)用領(lǐng)域和優(yōu)缺點(diǎn)[1]。

2、2自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制的思想是對(duì)于系統(tǒng)中的不確定性，以及控制任務(wù)的艱巨性，對(duì)于部分未建模的動(dòng)態(tài)特性、變化的被控對(duì)象和干擾信號(hào)，及時(shí)地測(cè)得它們的信息，并根據(jù)此信息按一定的設(shè)計(jì)方法，自動(dòng)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(hào)能夠適應(yīng)對(duì)象和擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)變化，在某種意義上達(dá)到控制效果最優(yōu)或次優(yōu)。21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(wèn)題

3、是用遞推辨識(shí)算法辨識(shí)系統(tǒng)參數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)來(lái)確定調(diào)節(jié)器或控制器的參數(shù)。其原理簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)已廣泛地用在參數(shù)變化、有遲滯和時(shí)變過(guò)程特性，以及具有隨機(jī)擾動(dòng)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)的各種信息，度量或測(cè)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(guò)非線性反饋的自適應(yīng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生自適應(yīng)律

4、來(lái)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?？刂破鞅豢貙?duì)象控制器參數(shù)設(shè)計(jì)遞推參數(shù)估計(jì))(tyr)(tu)(ty3構(gòu)或辨識(shí)器，還附加了一個(gè)可調(diào)系統(tǒng)，可以解決更復(fù)雜的控制問(wèn)題。3預(yù)測(cè)控制預(yù)測(cè)控制是一種基于預(yù)測(cè)模型的控制方法，采用了滾動(dòng)優(yōu)化，反饋矯正等方法。(1)預(yù)測(cè)模型：預(yù)測(cè)控制是一種基于模型的控制算法，這一模型稱為預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)模型的功能是根據(jù)對(duì)象的歷史信息和未來(lái)輸

5、入預(yù)測(cè)其未來(lái)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(cè)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(guò)程的脈沖響應(yīng)、階躍響應(yīng)等非參數(shù)模型。(2)滾動(dòng)優(yōu)化：預(yù)測(cè)控制是一種優(yōu)化算法，它是通過(guò)某一性能指標(biāo)的最優(yōu)來(lái)取得未來(lái)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(gè)對(duì)全局相同的優(yōu)化性能指標(biāo)，而是在每一時(shí)刻有一個(gè)相對(duì)于該時(shí)刻的優(yōu)化性能指標(biāo)。(3)反饋校正：預(yù)測(cè)控制是一種閉環(huán)控制算法。由于實(shí)際系統(tǒng)受非線性、時(shí)變、模型

6、失配、干擾等因素的影響，基于不變模型的預(yù)測(cè)輸出不可能與系統(tǒng)的實(shí)際輸出完全一致，而在滾動(dòng)實(shí)施優(yōu)化過(guò)程中，又要求模型輸出與系統(tǒng)實(shí)際輸出保持一致，為此在預(yù)測(cè)控制算法中采用檢測(cè)實(shí)際輸出與模型輸出之間的誤差進(jìn)行反饋校正來(lái)彌補(bǔ)這一缺陷。3.1預(yù)測(cè)控制介紹現(xiàn)在比較流行的算法包括有:動(dòng)態(tài)矩陣控制(DMC)；廣義預(yù)測(cè)控制(GPC)；內(nèi)?？刂?IMC)等。DMC算法是采用基于對(duì)象階躍響應(yīng)特征的預(yù)測(cè)模型。設(shè)計(jì)過(guò)程中采用固定格式，用二次型目標(biāo)函數(shù)決定控制量最優(yōu)