現(xiàn)代控制理論的發(fā)展現(xiàn)狀

1、現(xiàn)代限制理論的開展現(xiàn)狀姓名：李艷威學(xué)號：B20210004目錄1 .限制理論綜述12限制理論的主要研究方向 31.1 非線性限制系統(tǒng) 31.2 系統(tǒng)辨識.31.3 自適應(yīng)限制41.4 最優(yōu)限制61.5 魯棒限制.71.6 智能限制技術(shù)及應(yīng)用103限制理論的未來10參考文獻.121.限制理論綜述現(xiàn)代限制技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)代限制理論與計算機的最新技術(shù)進行系統(tǒng)設(shè)計,與常規(guī)限制技術(shù)相比,它適用于系統(tǒng)的綜合與解析設(shè)計, 更適于多輸入多輸出、多回路 的復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計,也易于計算機實現(xiàn),因此受到工程界越來越多的重視并得到廣 泛的應(yīng)用.同時由于工業(yè)系統(tǒng)的復(fù)雜性,非線形和不確定性,基于定量數(shù)學(xué)模型 的限制方法已不能滿足高

2、性能限制的要求,作為現(xiàn)代限制理論前沿的智能限制與 集成限制技術(shù)也得到了開展.限制理淪的開展大致分為4個階段,第一個階段為50 年代-60年代,主要理論為單變量限制理論,實際應(yīng)用背景為單機自動化；第二 階段為60年代-70年代,主要理論為多變量限制理論,實際應(yīng)用背景為機組自動 化；第三階段為70年代-80年代,主要理論為大系統(tǒng)理論,實際應(yīng)用背景為限制 治理綜合自動化；第四階段為80年代-90年代,主要理論為智能限制理論,實際 應(yīng)用背景為智能自動化；第五階段為90年代-21世紀,主要理論為集成限制理論, 實際應(yīng)用背景為網(wǎng)絡(luò)限制自動化1.現(xiàn)代限制理論即從理想簡化模型、簡單小規(guī) 模、單個系統(tǒng)、低可靠性

3、、局部性、低精度一一到客觀存在的真實具體模型、復(fù) 雜大規(guī)模、眾多系統(tǒng)、高可靠性、全局性、高精度一一的開展過程.自動化技術(shù)是一門綜合性的技術(shù),與其他行業(yè)有著緊密地聯(lián)系,共同促進了 科學(xué)的開展.自動限制的開展,從開始階段的發(fā)生到形成一個限制理論, 講整個 這個過程.自動限制就是指這樣的反響限制系統(tǒng), 這是有一個限制器跟一個限制 對象組成的,把這個限制對象的輸出信號把它取回來, 測量回來以后跟所要求的 信號進行比擬.從方法的角度看,它以數(shù)學(xué)的系統(tǒng)理論為根底.它以自動化限制 理論為根底,以電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通 信技術(shù)為主要工具,面向工業(yè)生產(chǎn)過程自動限制及各行業(yè)、 各

4、部門的自動化.在 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的眾多領(lǐng)域中,自動限制技術(shù)起著越來越重要的作用.自動限制是 指在沒有人直接參與的情況下,利用外加的設(shè)備或者裝置,使機器、設(shè)備或生產(chǎn) 過程的某個工作狀態(tài)或參數(shù)自動地根據(jù)預(yù)定的規(guī)律運行.它具有“限制治理結(jié)合,強電弱電并重,軟件硬件兼施等鮮明的特點 .現(xiàn)代限制理論以龐特里亞pontrygin 的極大值原理、貝爾曼Belman的動態(tài)規(guī)劃、卡爾曼kalman的線性濾波以及他的能控性、能觀性理論為基石,形成了以最優(yōu)限制二次型最優(yōu)限制,H4空制等、系統(tǒng)辨識和最優(yōu)估計,自適應(yīng)限制等為代表的現(xiàn)代限制理 論和設(shè)計方法.現(xiàn)代限制理論是以狀態(tài)空間為根底的一種限制理論 3,以線性代數(shù)和微分

5、方 程等為主要的數(shù)學(xué)工具,分析與構(gòu)建限制系統(tǒng)4.該理論在20世紀50年代中期得 到迅速興起與開展.航天航空等工程科技需要建立能適合其特性的限制理論,以解決如將宇宙火箭和人造衛(wèi)星發(fā)射入預(yù)定軌道并使燃料最少或時間最短等問題 5.因此,動態(tài)規(guī)劃、極大值原理和卡爾曼布什濾波分別在1954年、195孫、1961年研究獲得,這些成果擴大了限制理論的研究范圍, 包括了更為復(fù)雜的限制 問題,標(biāo)志著現(xiàn)代限制理論的成熟例；之后半個多世紀,限制理論不斷出現(xiàn)新 的、不同技術(shù)途徑的研究領(lǐng)域,形成了大量限制理論的分支.幾十年來,限制理 論受到高科技及工業(yè)系統(tǒng)開展的有力推動,在航天、航空、航海及工業(yè)過程限制 等領(lǐng)域中得到廣

6、泛的應(yīng)用.例如：Apollo登月艙沿著最優(yōu)軌線飛行的導(dǎo)航；在 月球上軟著陸；機動性能高,開環(huán)不穩(wěn)定新式戰(zhàn)斗機的設(shè)計；對拋物線、雷達陣、 太陽能接收器、空間望遠鏡等大型空間結(jié)構(gòu)的高精度瞄準及鎮(zhèn)定；對機器人的魯 棒限制及多臂協(xié)調(diào)限制；對帶有突變負荷的電力系統(tǒng)的限制；工業(yè)過程限制要求 對原料變化、溫度、壓力的漲落有適應(yīng)水平；帶鋼冷卻過程要求準確地限制溫度 分布；在通訊系統(tǒng)中要求解決信息不全, 信息壓縮和信息有效提取等問題； 在制 造系統(tǒng)中要解決多模型、多目標(biāo)、多層次的分析和優(yōu)化問題；交通系統(tǒng)要求對突 發(fā)事件做出迅速、準確的決策；水文、氣象、石油等系統(tǒng)要建立有效模型來預(yù)測 和決斷等等.在限制理論及應(yīng)用

7、的開展過程中,數(shù)學(xué)和計算機起著關(guān)鍵作用,常微、偏微 和泛函方程、概率統(tǒng)計、離散數(shù)學(xué)、代數(shù)、幾何、數(shù)值分析及計算機科學(xué)乃是控 制理論的重要工具.而計算機的開展不僅使新的限制理論的應(yīng)用成為可能,而且 也促使限制理論朝著結(jié)合使用計算機的方向上開展.從研究對象看,我們所面臨的系統(tǒng)具有各種形式的復(fù)雜性,在整體結(jié)構(gòu)上,表現(xiàn)為非線性,不確定性、無窮 維分布式,多層次等；在被處理信息上,表現(xiàn)為信號的不確定性和隨機性,圖像 及符號信號的混合,信息的不完全性等；在計算上,表現(xiàn)為數(shù)量運算與邏輯運算 的混合等等；所有這些,使限制理論處在工程學(xué)、數(shù)學(xué)及計算機科學(xué)相互作用的前沿,對限制理論工作者既是挑戰(zhàn),又充滿時機92限

8、制理論的主要研究方向2.1 非線性限制系統(tǒng)狀態(tài)變量和輸出變量相對于輸入變量的運動特性不能用線性關(guān)系描述的控 制系統(tǒng).線性因果關(guān)系的根本屬性是滿足疊加原理見線性系統(tǒng).在非線性控 制系統(tǒng)中必定存在非線性元件,但逆命題不一定成立.描述非線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模 型,按變量是連續(xù)的或是離散的,分別為非線性微分方程組或非線性差分方程組. 非線性限制系統(tǒng)的形成基于兩類原因,一是被控系統(tǒng)中包含有不能忽略的非線性 因素,二是為提升限制性能或簡化限制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)而人為地采用非線性元件.非線性系統(tǒng)的分析遠比線性系統(tǒng)為復(fù)雜,缺乏能統(tǒng)一處理的有效數(shù)學(xué)工具. 在許多工程應(yīng)用中,由于難以求解出系統(tǒng)的精確輸出過程,通常只限于考慮： 系

9、統(tǒng)是否穩(wěn)定.系統(tǒng)是否產(chǎn)生自激振蕩見非線性振動及其振幅和頻率的測 算方法.如何限制自激振蕩的幅值以至消除它.例如一個頻率是的自激振蕩可被另一個頻率是1的振蕩抑制下去,這種異步抑制現(xiàn)象已被用來抑制某些重 型設(shè)備的伺服系統(tǒng)中由于齒隙引起的自振蕩.對仿射非線性系統(tǒng),給出了用狀態(tài)非線性反響及局部微分同胚把它線性化的 充要條件,并在機械臂、電力系統(tǒng)等一些實際系統(tǒng)中得到驗證.這時,在工程設(shè) 計中就可以用等價的線性系統(tǒng)來取代非線性系統(tǒng). 但這僅限于局部,對于全局的 求解,還缺乏統(tǒng)一理論,對這一類問題,沒有既穩(wěn)定又魯棒,又有良好動態(tài)響應(yīng) 的設(shè)計方法.如果把非線性幾何限制理論和動力系統(tǒng)方法結(jié)合起來, 對干擾解耦,

10、 奇異理論及整體微分幾何可能是有用的方法.但在處理含有不確定因素的非線性 系統(tǒng)時,困難較大1002.2 系統(tǒng)辨識這是現(xiàn)代限制技術(shù)中一個很活潑的分支.所謂系統(tǒng)辨識就是通過觀測一個系 統(tǒng)或一個過程的輸入、輸出關(guān)系來確定其數(shù)學(xué)模型的方法.在許多實際系統(tǒng)中, 由于根據(jù)物理化學(xué)定律而推導(dǎo)建立起來的所謂機理模型一般都比擬復(fù)雜.用它不 便于尋求一個最優(yōu)限制方案；或者由于沒有足夠的有關(guān)系統(tǒng)及其環(huán)境的先驗知 識,因而無法對其設(shè)計一個最優(yōu)限制；因此,面臨的首要問題就是通過實驗,量 測系統(tǒng)的輸入、輸出,從中找出一個既簡單又能恰當(dāng)?shù)孛枋鲈撓到y(tǒng)特征的數(shù)學(xué)模 型,這樣才便于實現(xiàn)最優(yōu)限制或自適應(yīng)限制.系統(tǒng)辨識理論不但廣泛用

11、于工業(yè)、 國防、農(nóng)業(yè)和交通等工程限制系統(tǒng)中,而且還應(yīng)用于計量經(jīng)濟學(xué)、社會學(xué)、生理 學(xué)等領(lǐng)域.如對于人一機器一環(huán)境系統(tǒng)中人的性能、 瞳孔和肌肉的限制功能等等, 已經(jīng)獲得了很成功的模型110對常系數(shù)輸入輸出可能帶有噪聲的系統(tǒng)的辨識取得了很大的進展.對系統(tǒng)的系數(shù)估計,以前要求持續(xù)鼓勵條件,現(xiàn)在可降低到只要求有一個趨于零的鼓勵, 便可估出系統(tǒng)的系數(shù)以及反響系統(tǒng)的階數(shù)及系統(tǒng)的時滯,并且還可繪出估計誤差的精確階數(shù).但在系統(tǒng)系數(shù)估計當(dāng)中的誤差問題, 還有待解決.系統(tǒng)辨識多用遞 推算法,但遞推算法不僅用于系統(tǒng)辨識,同時在隨機逼近、隨機優(yōu)化,神經(jīng)元網(wǎng) 絡(luò)、離散事件系統(tǒng)、模式識別統(tǒng)計方法等領(lǐng)域中也有廣泛應(yīng)用.對這

12、些算法的收 斂性分析十分重要.從分析方法看,有概算方法,這種方法對誤差的統(tǒng)計特性要 求較嚴12.2.3 自適應(yīng)限制自適應(yīng)限制器應(yīng)當(dāng)是這樣一種限制器,它能夠修正自己的特性以適應(yīng)對象和 擾動的動特性的變化.這種自適應(yīng)限制方法應(yīng)該做到：在系統(tǒng)運行中,依靠不斷 采集限制過程信息,確定被控對象的當(dāng)前實際工作狀態(tài), 優(yōu)化性能準那么,產(chǎn)生自 適應(yīng)限制規(guī)律,從而實時地調(diào)整限制器結(jié)構(gòu)或參數(shù), 使系統(tǒng)始終自動地工作在最 優(yōu)或次最優(yōu)的運行狀態(tài).自從50年代末期由美國麻省理工學(xué)院提出第一個自適應(yīng) 限制系統(tǒng)以來,先后出現(xiàn)過許多不同形式的自適應(yīng)限制系統(tǒng).模型參考自適應(yīng)控制和自校正調(diào)節(jié)器是目前比擬成熟的兩類自適應(yīng)限制系統(tǒng)1

13、3 o圖模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)模型參考自適應(yīng)限制系統(tǒng)開展的第一階段(1958年1966年)是基于局部參 數(shù)最優(yōu)化的設(shè)計方法.最初是使用性能指標(biāo)極小化的方法設(shè)計 MRA C這個方法是 由WMtaker等人于195孫在麻省理工學(xué)院首先提出來的,命名為 MIT規(guī)那么.接著 Dressber , Price , Pearson等人也提出了不同的設(shè)計方法. 這個方法的主要確點 是不能保證所設(shè)計的自適應(yīng)限制系統(tǒng)的全局漸進穩(wěn)定；第二階段(19661974年)是基于穩(wěn)定性理論的設(shè)計方法.Butchart和Shachcloth、Parks、Phillipson 等人首先提出用李亞普諾夫穩(wěn)定性理論設(shè)計 MRAC統(tǒng)的方

14、法.在選擇最正確的李亞普 諾夫函數(shù)時,Lauda用用了波波夫超穩(wěn)定理論設(shè)計MRAC統(tǒng)啊；第三階段 (1974-1980年)是理想情況(即滿足假定條件)下MRAC統(tǒng)趨于完善的過程.美國 馬薩諸塞大學(xué)的Monopoli提出一種增廣誤差信號法,當(dāng)按雅可比穩(wěn)定性理論設(shè)計 自適應(yīng)律時,利用這種方法就可以防止出現(xiàn)輸出量的微分信號,而僅由系統(tǒng)的輸入輸出便可調(diào)整限制器參數(shù)；針對一個限制系統(tǒng)限制子系統(tǒng)S進行研究,通?，F(xiàn)代限制理論把大型隨機控 制系統(tǒng)非線性微分方程組式簡化成一個擁有的和具有規(guī)律變化性的系統(tǒng)數(shù) 學(xué)模型15.但在實際工程中,被控對象或過程的數(shù)學(xué)模型事先根本都難以僅采用 簡單的數(shù)學(xué)模型來確定,即使在某一

15、特定條件下確定的數(shù)學(xué)模型,在條件改變了以后,其動態(tài)參數(shù)乃至于模型的結(jié)構(gòu)仍然可能發(fā)生變化.為此,針對在大幅度簡化后所形成的擁有的和預(yù)先規(guī)律變化性的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,需要設(shè)計一種特殊的限制系統(tǒng),它能夠自動地補償在模型階次、參數(shù)和輸入信號方面未知的變化,這就是自適應(yīng)限制16.前些年,采用衰減鼓勵的方法,也就是在限制作用中,人為地疊加一個變化 多樣但趨于零的信號,對離散及連續(xù)時間系統(tǒng)解決了二次指標(biāo)下適應(yīng)限制問題. 即參數(shù)估計收斂到真值,又使二次指標(biāo)到達極小,對適應(yīng)跟蹤及適應(yīng)鎮(zhèn)定等也解 決了使估計和限制同時優(yōu)化的問題.自適應(yīng)限制的研究對象通常是具有一定程度 不確定性的系統(tǒng),這里所謂的“不確定性是指描述被控對

16、象及其環(huán)境的數(shù)學(xué)模 型不是完全確定的,其中包含一些未知因素和隨機因素 17-18.導(dǎo)致這些未知因素 和隨機因素的根源是簡化包含全部可能因素的大型隨機限制系統(tǒng)非線性微分方 程組式,形成只針對主要矛盾、次要矛盾和微乎其微矛盾等因素, 而不考慮可完 全忽略不計矛盾等建立數(shù)學(xué)模型. 具體的自適應(yīng)限制系統(tǒng)各有不同,但是自適應(yīng) 限制器的功能卻是相同的.根據(jù)所參考的對象的情況,自適應(yīng)限制可分為模型參 考自適應(yīng)限制MRAC和無模型自適應(yīng)限制MFAC網(wǎng)類.自適應(yīng)的開展需要從根源 上徹底解決自適應(yīng)限制系統(tǒng)中存在的問題, 建立一個超大型隨機限制系統(tǒng)非線性 微分方程組式,這不僅包含該受控系統(tǒng)模型和與受控系統(tǒng)相關(guān)的不同

17、概念的系統(tǒng) 模型,也包含這一系列模型相關(guān)的、 更基底的模型,這將是自適應(yīng)限制的開展趨 勢.2.4 最優(yōu)限制最優(yōu)限制是現(xiàn)代限制技術(shù)中一個重要的組成局部. 最優(yōu)限制問題是在系 統(tǒng)的狀態(tài)方程、初始條件以及某些約束條件下,尋求一個最優(yōu)限制向量,使系統(tǒng) 的狀態(tài)或輸出在限制向量作用下滿足某種最正確準那么或使某一指標(biāo)泛函到達最優(yōu) 值.解決最優(yōu)限制問題的方法有變分法,龐特里亞金的極大值原理和貝爾曼的動 態(tài)規(guī)劃方法等19 0實際問題中的指標(biāo)要求往往可以用. 多、快、好、省來表達, 如“多可指產(chǎn)量高；“快可指時間短,投產(chǎn)快；“好可指產(chǎn)品質(zhì)量好、精 度高等；“省可指能源、材料消耗少等等.只要把時間問題中數(shù)學(xué)模型建立

18、起 來,約束條件和指標(biāo)要求用數(shù)學(xué)表達式表達出來.經(jīng)過一定的變換就可以化為最 優(yōu)限制理論可解的問題；因此,使最優(yōu)限制理論得到最廣泛的使用.最優(yōu)限制理論的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛,已在各個專業(yè)領(lǐng)域,如航天、航空等實 際工程中普遍應(yīng)用,解決各種理論與工程科技問題,如能耗最小、時間最短、線性二次型指標(biāo)最優(yōu)、跟蹤問題、調(diào)節(jié)問題和伺服機構(gòu)問題等20.但隨著科技的發(fā) 展,新的問題不斷出現(xiàn),限制對象也從單一變?yōu)槎嘣?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也從簡單變?yōu)閺?fù) 雜,對最優(yōu)限制理論提出了新的要求, 使之能夠解決一系列如高階、多變量耦合 及不確定性系統(tǒng)等問題.考慮到未來最優(yōu)限制理論與工程的開展,其數(shù)值算法需 要實現(xiàn)以下功能：(1)能夠?qū)σ粋€系

19、統(tǒng)進行多目標(biāo)函數(shù)的全局一體化優(yōu)化,即在滿足全部的 各種約束條件下,綜合使得全部的各種可能的性能指標(biāo)式均到達全局最優(yōu)；(2)能夠同時對眾多系統(tǒng)群體對抗對策進行全局一體化優(yōu)化,該群體協(xié)同 一對抗優(yōu)化設(shè)計是指協(xié)同一對抗多方均同時采用一體化全局最優(yōu)的多維策略；(3)實時在線問題.眾多限制系統(tǒng)全局一體化優(yōu)化,可以在幾秒或毫秒級 之內(nèi)完成,可以在該系統(tǒng)自帶的計算機上實時使用,即需要具有(人工)智能特性、 模糊特性和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特性等；(4)高精度.能給出多自由度限制系統(tǒng)的優(yōu)化數(shù)值仿真的結(jié)果以及相應(yīng)各 相關(guān)子系統(tǒng)的全部精確信息,并且時間節(jié)點很小,運動狀態(tài)計算精度；(5)能夠考慮各種隨時間與狀態(tài)而未知的、不同概念

20、的隨機干擾的作用, 即需要具有高度可靠性、自適應(yīng)性、魯棒性和滑模變結(jié)構(gòu)特性,等.2.5 魯棒限制魯棒限制是指：針對大型限制系統(tǒng)中一個限制子系統(tǒng).,在外條件發(fā)生較大 改變后,受控系統(tǒng)出現(xiàn)一定程度的不確定性及一定限度的非平衡動態(tài)運動現(xiàn)象, 該閉環(huán)受控系統(tǒng)自身限制對策在其微小領(lǐng)域內(nèi)變化,保持自我穩(wěn)定,滿足全部各種類約束條件,且性能指標(biāo)式仍然保持最優(yōu),即希望該子系統(tǒng)是強壯的.近年來 對于卡魯棒限制問題,無論是在理論上還是算法上都已根本成熟, 可以解決常規(guī) 頻域理論不適于MIM原統(tǒng)設(shè)計及LQG!論不適于模型攝動兩個問題21,其難點在 于指標(biāo)的設(shè)定和權(quán)函數(shù)的選??；由于無規(guī)律可循,主要依賴于設(shè)計者的經(jīng)驗.在

21、 飛行限制系統(tǒng)設(shè)計、導(dǎo)彈自動駕駛儀設(shè)計、飛行器氣動輔助變軌、導(dǎo)彈制導(dǎo)律設(shè) 計及航天器姿態(tài)限制等方面, 由魯棒限制理論都有一定應(yīng)用.最早給出魯棒限制問題解的可算是 Black在1927年給出的關(guān)于真空關(guān)放大器的設(shè)計,他首次提出采用反響設(shè)計和回路高增益的方法來處理振控管特信各大范 圍波動.之后,Nguist頻域穩(wěn)定性準那么和Black回路高增益概念共同構(gòu)成了 Bode 的經(jīng)典之著22中關(guān)于魯棒限制設(shè)計的根底.20世紀60年代之前這段時期可稱為經(jīng) 典靈敏度設(shè)計時期.此間問題多集中于SISOK統(tǒng),根據(jù)穩(wěn)定性、靈敏度的降低和 噪聲等性能準那么來進行回路設(shè)計.20世紀六七十年代中魯棒限制只是將SISOK統(tǒng)

22、 的靈敏度分析結(jié)果向MIMOJ行了初步的推廣23,人被普遍時為靈敏度設(shè)計問題, 包括跟蹤靈敏度、性能靈敏度和特征值/特征向量靈敏度等的設(shè)計.20世紀80年 代,魯棒設(shè)計進入了新的開展時期.此間研究的目的已是尋求適應(yīng)大范圍不確定 性分析的理論和方法.在研究魯棒多變量限制的過程中,先后出現(xiàn)了參數(shù)空間法、 haritonov法、狀態(tài)空間法、3方法以及以方法.2.5.1 Hoo限制理論W方法在工程中應(yīng)用最多,它以輸出靈敏度函數(shù)的 HU范數(shù)作為性能指標(biāo), 旨在可能發(fā)生“最壞擾動的情況下,使系統(tǒng)的誤差在無窮范數(shù)意義下到達極小, 從而將干擾問題轉(zhuǎn)化為求解使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定, 并使相應(yīng)的HU范數(shù)指標(biāo)極小化的輸 出

23、反響限制問題.H4空制理論的研究可分為兩大階段.分別以 Zame知美國學(xué)者DoIy等人發(fā)表 的兩篇論文為標(biāo)志.Zamesi 1981年發(fā)表的重要文章“ Feedback and OptimaI Sensitivity :ModeI Reference Transforma tions, MuitipiicativeSeminorms ,and Approximate Inverse 24標(biāo)志了 H-限制理論的起步.針對LO皴計中將不確定 干擾表示成白噪聲模型的局限性,Zame再慮了干擾信號屬于某一能量有限的已 知信號集的情況下,能使系統(tǒng)內(nèi)穩(wěn)定及系統(tǒng)對擾動輸出到達最小的限制器設(shè)計. 他找到了魯棒

24、限制與最優(yōu)限制的一個契合點,是在理論內(nèi)部超越了LOG!論的嘗試.2.5.2 w限制理論雖然H4空制理論是目前解決魯棒限制問題比擬成功且比擬完善的理論體系, 8然而從實際中可知,乩設(shè)計方法雖然將魯棒性直接反響在系統(tǒng)的設(shè)計指標(biāo)中, 不 確定性反映在相應(yīng)的加權(quán)函數(shù)上,但它“最壞情況下的限制卻導(dǎo)致了不必要的 保守性；另外乩優(yōu)化限制方法僅僅針對魯棒穩(wěn)定性而言,忽略了對魯棒性能的要 求.因此,魯棒多變量反響系統(tǒng)設(shè)計方法一直存在的困難,是不能夠在統(tǒng)一框架 下同時處理性能指標(biāo)與魯棒穩(wěn)定的折中問題與 乩同時期開展的N理論那么考慮到 了結(jié)構(gòu)的不確定性問題,它不但能夠有效的、無保守性的判斷“最壞情況下攝 動的影響,

25、而且當(dāng)存在不同表達形式的結(jié)構(gòu)化不確定性情況下,能分析限制系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能問題.對以理論的開展產(chǎn)生重要影響的是20世紀70年代末魯棒多變量限制系統(tǒng)的 研究,他們對穩(wěn)定性分析的早期工作,特別是小增益理論和圓盤理論產(chǎn)生了不可 估量的影響.這些理論給出了反響中非線性環(huán)節(jié)穩(wěn)定性的充要條件.20世紀80年代初,Doiy和Stein以奇異值為魯棒性度量工具推廣了多變量系統(tǒng)的 Boddfi值 設(shè)計方法,他們指出影響系統(tǒng)魯棒性的是系統(tǒng)回差矩陣或逆回差矩陣的奇異值 25 o然而在越來越多的實踐中說明,基于奇異值的方法使非結(jié)構(gòu)化不確定性的假 設(shè)太粗略,對魯棒性能的問題不能得到充分解決； 對于結(jié)構(gòu)化的對象擾

26、動,基于 奇異值的穩(wěn)定性和品質(zhì)測度通常是很保守的.在 1982年IEE Proceeding出版的 關(guān)于靈敏度和魯棒性的專輯中,Doiy引進了結(jié)構(gòu)奇異值的概念來減少這種方法的 保守性,逐漸形成了以理論.目前提出一些魯棒限制方法,包括一些自適應(yīng)限制等都不可防止地要依賴于 對系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的精確數(shù)學(xué)分析,所以對線性系統(tǒng)取得的成果較多,而對時變非 線性系統(tǒng)那么成果不多,由于后者很難精確數(shù)學(xué)描述.而魯棒限制設(shè)計又離不開以 一定精確的數(shù)學(xué)模型為依據(jù),這就是矛盾,這個矛盾假設(shè)沒有好的方法加以克服, 魯棒性強的限制將難以得到.這點對時變非線性系統(tǒng)尤其突出.在這方面需要在 概念上和方法上有新的創(chuàng)造.近年來發(fā)現(xiàn),

27、許多魯棒限制問題均與線性不等式(LMI)密切相關(guān),可將系統(tǒng)的魯棒限制問題轉(zhuǎn)化為 LMI來求解.因此基于LMI的 凸優(yōu)化方法成為當(dāng)今研究的熱點之一,且將來在這方面的研究成果將越來越多.2.6 智能限制技術(shù)及應(yīng)用智能限制系統(tǒng)可認為是一種能在各種復(fù)雜的不確定環(huán)境中.以一個或多個常規(guī)限制系統(tǒng)為“執(zhí)行機構(gòu),以這種復(fù)雜過程為“限制對象,面向目標(biāo)任務(wù)的 閉環(huán)自動限制系統(tǒng).它具有多層次系統(tǒng)結(jié)構(gòu),復(fù)合型的信息結(jié)構(gòu).能利用知識進 行推理、學(xué)習(xí)與聯(lián)想.一個好的智能限制系統(tǒng)應(yīng)能滿足多目標(biāo)與高性能指標(biāo)的要 求,對環(huán)境干擾與不確定因素具有魯棒性, 對故障具有屏蔽和自恢復(fù)水平,系統(tǒng) 有相當(dāng)?shù)脑诰€實時響應(yīng)水平,能適應(yīng)對象特性

28、,運行條件等變化,并具有友好的 人一機界面,便于操作與維護26.20多年來人工智能的研究成果為限制工程界提 供了新的思路與方法,應(yīng)用人工智能的方法,建立知識庫和推理機,將定量與定 性相結(jié)合,使系統(tǒng)具有在線學(xué)習(xí)和修正的功能,面對實際的過程與環(huán)境有一定的 組織、決策和規(guī)劃的水平,能模擬人的某些智能和經(jīng)驗來引導(dǎo)求解過程,這就是 智能限制的研究內(nèi)容,已成為當(dāng)前限制工程界的熱點.3限制理論的未來從經(jīng)典限制理論到現(xiàn)代限制理論, 經(jīng)歷了六十多年的歷史,在各種限制系統(tǒng) 中,起到了非常重要的作用.隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)、人工智能、微電子等學(xué)科的 高速開展,使限制的技術(shù)工具發(fā)生了革命性的變化.一個智能化的時代已經(jīng)到來

29、, 其明顯標(biāo)志就是智能自動化,因此,作為智能化根底“智能限制將是今后限制 理論的主要研究方向.從智能限制的開展來看,時間并不長,只有三十幾年的歷史,但它在一些控 制系統(tǒng)中,應(yīng)用很廣泛,如水凈化處理裝置、蒸汽機等等都是采用模糊限制技術(shù) 來制作的,還有在機器人制造當(dāng)中,也都采用混合限制技術(shù),如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)限制等 等.隨著科學(xué)技術(shù)的不斷開展,智能限制還有許多待開發(fā)和研究的課題, 如專家 系統(tǒng)的混合限制技術(shù),神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng),專家模糊限制等等；還有模糊PID調(diào) 節(jié)器,模糊專家系統(tǒng)、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)模糊限制,模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)限制；在神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)方面,還有對不同的非線性對象神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的選取及結(jié)構(gòu)確實定問題,被辨識系

30、統(tǒng)的充分鼓勵問題,帶噪聲系統(tǒng)的辨識問題,辨識算法的快速性和收斂性問 題.“智能技術(shù)是用機器來模擬人的外在熟悉及思想行為的技術(shù)總稱.當(dāng)今智能技術(shù)主要分兩種：一種是以符號主義為代表的人工智能, 一種是以聯(lián)接主義為 代表的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò).而人類的思想活動過程是建筑在兩種信號系統(tǒng)上的,即第一信號系統(tǒng)及第二信號系統(tǒng),第一信號系統(tǒng)建筑在直覺信息根底上, 第二信號系統(tǒng)建 筑在語言文字根底上.人類許多技巧性活動都是基于第一信號系統(tǒng)即在直覺信息 根底上的,如游泳、騎自行車等.但有時人們對某些活動和知識知之甚少,所以 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就是用學(xué)習(xí)方法來解決知識表示的困難.因此,今后研究希望能從符號 主義和聯(lián)接主義結(jié)合處找到突破點

31、.參考文獻1王春喜,查建中.現(xiàn)代限制技術(shù)的理論、應(yīng)用與開展趨勢J.計算機自動 測量與限制.2021.7(4):1-52劉偉,限制理論的開展及未來J.工業(yè)儀表與自動化置.2021.1 : :10-123陳翰馥.限制理論的現(xiàn)狀及對它的期望J.信息與限制,1994, 21(1): 3437.4謝克明.現(xiàn)彳t限制理論M.北京：清華大學(xué)出版社,2007.5張慧平,戴波,楊薇.現(xiàn)代限制理論在過程工業(yè)中的應(yīng)用和開展EJ .北京石油化工學(xué)院學(xué)報,2006, 14(3) : 56-61.6張慧平,李靜,張寧.最優(yōu)限制在過程工業(yè)中的應(yīng)用與展望J.計算機與應(yīng)用化學(xué),2021, 30(8): 933 938.7黃思博

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