CIPS實(shí)施工作瓶頸問題與關(guān)鍵技術(shù)

1、CIPS實(shí)施工作瓶頸問題與關(guān)鍵技術(shù)b) 控制對象一般是多變量的系統(tǒng)，生產(chǎn)的規(guī)模龐大，生產(chǎn)裝置的操作存在著強(qiáng)關(guān)聯(lián)控制對象一般是多變量的系統(tǒng)，生產(chǎn)的規(guī)模龐大，生產(chǎn)裝置的操作存在著強(qiáng)關(guān)聯(lián) c) 信息復(fù)雜性信息復(fù)雜性 q 信息獲取存在問題信息獲取存在問題 在許多的場合下，關(guān)鍵變量不可測量，導(dǎo)致信息的不完全；在許多的場合下，關(guān)鍵變量不可測量，導(dǎo)致信息的不完全；q 信息模式復(fù)雜信息模式復(fù)雜 信息往往呈現(xiàn)定量、半定量、定性語義的模式，不同深度不同層次地反映實(shí)際系統(tǒng)，提供信息往往呈現(xiàn)定量、半定量、定性語義的模式，不同深度不同層次地反映實(shí)際系統(tǒng)，提供關(guān)于系統(tǒng)不同模式的信息知識。關(guān)于系統(tǒng)不同模式的信息知識。q 傳

2、感器和執(zhí)行器分布于過程之中，信息量龐大傳感器和執(zhí)行器分布于過程之中，信息量龐大q 信息通常受到噪聲的干擾，有效的信息的獲得較為困難信息通常受到噪聲的干擾，有效的信息的獲得較為困難2022-2-192d) 知識及其表達(dá)的多樣性和復(fù)雜性知識及其表達(dá)的多樣性和復(fù)雜性 信息模式的多樣性客觀上造成了系統(tǒng)信息層次結(jié)構(gòu)的形成：信息模式的多樣性客觀上造成了系統(tǒng)信息層次結(jié)構(gòu)的形成： 越是高層的信息其數(shù)據(jù)量越少，但它包含的信息知識量越大，其模式越表現(xiàn)為定性描述越是高層的信息其數(shù)據(jù)量越少，但它包含的信息知識量越大，其模式越表現(xiàn)為定性描述的知識表示；層次越低的信息其包含信息量越簡單、直觀，數(shù)據(jù)量越大，其模式越表現(xiàn)為基

3、于的知識表示；層次越低的信息其包含信息量越簡單、直觀，數(shù)據(jù)量越大，其模式越表現(xiàn)為基于定量描述的數(shù)值形式。定量描述的數(shù)值形式。 信息層次結(jié)構(gòu)要求對象模型呈現(xiàn)相應(yīng)的分層結(jié)構(gòu)信息層次結(jié)構(gòu)要求對象模型呈現(xiàn)相應(yīng)的分層結(jié)構(gòu) ： 較低層的信息模型趨向與采用傳統(tǒng)的基于數(shù)值計(jì)算的微分或差分方程等模式表達(dá)，過程較低層的信息模型趨向與采用傳統(tǒng)的基于數(shù)值計(jì)算的微分或差分方程等模式表達(dá)，過程較高層次的模型那么趨向于采用定性的符號描述模型表達(dá)過程的行為特性，不同層次的知識表較高層次的模型那么趨向于采用定性的符號描述模型表達(dá)過程的行為特性，不同層次的知識表達(dá)方法相應(yīng)于多樣性和層次性的信息處理的需要。達(dá)方法相應(yīng)于多樣性和層次

4、性的信息處理的需要。 e) 管理、控制任務(wù)的通常是多目標(biāo)、多約束的命題管理、控制任務(wù)的通常是多目標(biāo)、多約束的命題 2022-2-193 由一系列完成特定任務(wù)和目標(biāo)子系統(tǒng)集成而成的復(fù)雜系統(tǒng)，具有分布性由一系列完成特定任務(wù)和目標(biāo)子系統(tǒng)集成而成的復(fù)雜系統(tǒng)，具有分布性時間上的分布、空間上的分布或功能上的分布的特點(diǎn)。時間上的分布、空間上的分布或功能上的分布的特點(diǎn)。 限于知識、能力、處理速度、信息、資源等因素以及待求解問題的規(guī)模、復(fù)雜限于知識、能力、處理速度、信息、資源等因素以及待求解問題的規(guī)模、復(fù)雜性造成的實(shí)現(xiàn)困難，在性造成的實(shí)現(xiàn)困難，在CIPS系統(tǒng)增強(qiáng)系統(tǒng)性能系統(tǒng)增強(qiáng)系統(tǒng)性能(快速性、可靠性、智能程度

5、、完成快速性、可靠性、智能程度、完成質(zhì)量質(zhì)量)、有效地利用資源、有效地利用資源(信息、知識、物理裝置等信息、知識、物理裝置等) ，個體間的協(xié)作是必然的。，個體間的協(xié)作是必然的。 (1)通過并行性提高任務(wù)的完成率通過并行性提高任務(wù)的完成率 (2)通過共享資源信息、專門知識、物理裝置等擴(kuò)大完成任務(wù)的能力范圍通過共享資源信息、專門知識、物理裝置等擴(kuò)大完成任務(wù)的能力范圍 (3) 通過備份任務(wù)，采用不同的方法去完成指定任務(wù)，以提高完成任務(wù)的可通過備份任務(wù)，采用不同的方法去完成指定任務(wù)，以提高完成任務(wù)的可能性及可靠性能性及可靠性 (4)通過防止任務(wù)間有害的相互作用通過防止任務(wù)間有害的相互作用,減少任務(wù)間的

6、沖突減少任務(wù)間的沖突 2022-2-194(1)水平協(xié)作水平協(xié)作(horizontal cooperation) (2) 由于能力、知識處理、速度、資源利用等因素的限制，單獨(dú)的個由于能力、知識處理、速度、資源利用等因素的限制，單獨(dú)的個體人體人/機(jī)構(gòu)，子系統(tǒng)都不具有解決全局問題的能力，將全局問題分機(jī)構(gòu)，子系統(tǒng)都不具有解決全局問題的能力，將全局問題分解成子問題后交給適當(dāng)?shù)膫€體采用協(xié)同工作的方式分別去完成，獲得解成子問題后交給適當(dāng)?shù)膫€體采用協(xié)同工作的方式分別去完成，獲得求解綜合問題的能力。求解綜合問題的能力。(3) 為提高對綜合問題求解的結(jié)果的可信度，可以基于系統(tǒng)不同個體的獨(dú)立解為提高對綜合問題求解

7、的結(jié)果的可信度，可以基于系統(tǒng)不同個體的獨(dú)立解決問題的能力，采用不同的信息與知識或不同的信息處理機(jī)制獲得問題的結(jié)果，通決問題的能力，采用不同的信息與知識或不同的信息處理機(jī)制獲得問題的結(jié)果，通過個體之間的相互作用，最終獲得高可靠性的結(jié)果。過個體之間的相互作用，最終獲得高可靠性的結(jié)果。 2022-2-195(2) 樹型協(xié)作樹型協(xié)作(tree cooperation) 系統(tǒng)中高層的功能系統(tǒng)或人系統(tǒng)中高層的功能系統(tǒng)或人/群體依據(jù)下層獲得的結(jié)果做出進(jìn)一步處理工群體依據(jù)下層獲得的結(jié)果做出進(jìn)一步處理工作。作。 (3) 循環(huán)協(xié)作循環(huán)協(xié)作(recursive cooperation) 為了求得問題的結(jié)果，系統(tǒng)的個

8、體之間相互依賴，往復(fù)協(xié)作。為了求得問題的結(jié)果，系統(tǒng)的個體之間相互依賴，往復(fù)協(xié)作。 (4) 混雜協(xié)作混雜協(xié)作(hybrid cooperation) 整個系統(tǒng)在某些級上采用水平協(xié)作的類型，而在系統(tǒng)整體上又是樹型協(xié)作或整個系統(tǒng)在某些級上采用水平協(xié)作的類型，而在系統(tǒng)整體上又是樹型協(xié)作或循環(huán)協(xié)作類型，或整體上采用水平協(xié)作類型而局部上采用樹型或循環(huán)協(xié)作類型。循環(huán)協(xié)作類型，或整體上采用水平協(xié)作類型而局部上采用樹型或循環(huán)協(xié)作類型。 2022-2-196 CIPS系統(tǒng)內(nèi)主要存在任務(wù)共享系統(tǒng)內(nèi)主要存在任務(wù)共享(Task sharing )、結(jié)果共享、結(jié)果共享(Result sharing )兩兩種協(xié)作形式：種協(xié)

9、作形式： 任務(wù)共享任務(wù)共享 各系統(tǒng)相互協(xié)作，分擔(dān)各子任務(wù)的處理負(fù)荷，而且當(dāng)一個單各系統(tǒng)相互協(xié)作，分擔(dān)各子任務(wù)的處理負(fù)荷，而且當(dāng)一個單元的任務(wù)太重而無法完成時，它將把任務(wù)分解，讓其它單元承元的任務(wù)太重而無法完成時，它將把任務(wù)分解，讓其它單元承擔(dān)并完成。擔(dān)并完成。 結(jié)果共享結(jié)果共享 系統(tǒng)內(nèi)的各單元相互傳遞并共同利用根據(jù)不同觀點(diǎn)方法所得出的系統(tǒng)內(nèi)的各單元相互傳遞并共同利用根據(jù)不同觀點(diǎn)方法所得出的有關(guān)總體問題得局部結(jié)果，通過相互交換局部暫時得結(jié)果相互協(xié)同工有關(guān)總體問題得局部結(jié)果，通過相互交換局部暫時得結(jié)果相互協(xié)同工作作 。 2022-2-197- 沖突的消解沖突的消解資源沖突、目標(biāo)沖突、結(jié)果沖突資源沖

10、突、目標(biāo)沖突、結(jié)果沖突 - CSCW(Computer Supported cooperative Work)理論與應(yīng)用理論與應(yīng)用 - 群件技術(shù)群件技術(shù) - 分布式智能控制理論和方法、分布式智能控制理論和方法、MAS 多智能體多智能體Multi Agent System、 移動智能體移動智能體mobile Agent System - 人人-人、人人、人-機(jī)系統(tǒng)機(jī)系統(tǒng)2022-2-198 CIPS系統(tǒng)本質(zhì)上是一類混雜系統(tǒng)本質(zhì)上是一類混雜Hybrid系統(tǒng)系統(tǒng): 離散事件系統(tǒng)和連續(xù)時間系統(tǒng)的離散事件系統(tǒng)和連續(xù)時間系統(tǒng)的混合，分布參數(shù)和集中參數(shù)的混合，符號系統(tǒng)與數(shù)值系統(tǒng)的混合，模糊系統(tǒng)和精確混合，分

11、布參數(shù)和集中參數(shù)的混合，符號系統(tǒng)與數(shù)值系統(tǒng)的混合，模糊系統(tǒng)和精確系統(tǒng)的混合，定量系統(tǒng)與定性系統(tǒng)混合。系統(tǒng)的混合，定量系統(tǒng)與定性系統(tǒng)混合。信息和數(shù)據(jù)獲取與處理 系統(tǒng)的控制、決策依賴于獲取數(shù)量眾多，性質(zhì)各異的定量、半定量、定性語義系統(tǒng)的控制、決策依賴于獲取數(shù)量眾多，性質(zhì)各異的定量、半定量、定性語義的不同模式、不同深度及不同層次的過程信息。數(shù)據(jù)信息常常因受工業(yè)噪聲、傳感的不同模式、不同深度及不同層次的過程信息。數(shù)據(jù)信息常常因受工業(yè)噪聲、傳感器精度、傳感器故障以及檢測技術(shù)技術(shù)手段等因素的影響，不夠精確、不一致、不器精度、傳感器故障以及檢測技術(shù)技術(shù)手段等因素的影響，不夠精確、不一致、不完整，有些信息不能

12、以定量的形式表達(dá)。完整，有些信息不能以定量的形式表達(dá)。 1. 過程數(shù)據(jù)的預(yù)處理技術(shù)過程數(shù)據(jù)的預(yù)處理技術(shù) 數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)校正、濾波等預(yù)處理手，將真實(shí)信號從含有噪聲的混數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)校正、濾波等預(yù)處理手，將真實(shí)信號從含有噪聲的混合信號別離出來合信號別離出來2022-2-199(1) 隨機(jī)誤差的處理隨機(jī)誤差的處理 數(shù)字濾波方法數(shù)字濾波方法 利用信號與噪聲隨自變量改變的頻率不同將真實(shí)信號與噪聲別離。高利用信號與噪聲隨自變量改變的頻率不同將真實(shí)信號與噪聲別離。高通濾波、低通濾波、數(shù)據(jù)平滑等通濾波、低通濾波、數(shù)據(jù)平滑等 數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)(Data Reconciliation )技術(shù)技術(shù) 根據(jù)由物料平衡和

13、能量平衡等方程建立起根據(jù)由物料平衡和能量平衡等方程建立起來的精確數(shù)學(xué)模型，以估計(jì)值和測量值的方差最小為目標(biāo)，構(gòu)造估計(jì)模型，為測量數(shù)來的精確數(shù)學(xué)模型，以估計(jì)值和測量值的方差最小為目標(biāo)，構(gòu)造估計(jì)模型，為測量數(shù)據(jù)提供一個最優(yōu)估計(jì)，以及時準(zhǔn)確地檢測誤差的存在，近而剔除或補(bǔ)償其影響。據(jù)提供一個最優(yōu)估計(jì)，以及時準(zhǔn)確地檢測誤差的存在，近而剔除或補(bǔ)償其影響。(2) 顯著誤差的處理顯著誤差的處理 a) 基于理論分析可能導(dǎo)致顯著誤差的因素并進(jìn)行相應(yīng)處理基于理論分析可能導(dǎo)致顯著誤差的因素并進(jìn)行相應(yīng)處理 b) 基于硬件冗余，借助不同的測量手段對同一過程變量進(jìn)行測量，通過結(jié)果比基于硬件冗余，借助不同的測量手段對同一過程

14、變量進(jìn)行測量，通過結(jié)果比較來識別顯著誤差。較來識別顯著誤差。 c) 基于測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行檢驗(yàn)基于測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行檢驗(yàn)(統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)、殘差分析、廣義似然統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)、殘差分析、廣義似然法、貝葉斯、主元分析法法、貝葉斯、主元分析法)2022-2-1910化工過程測量的根本模型可以表示為：化工過程測量的根本模型可以表示為： exy )1( ny) 1( nx) 1( ne其中：其中：為被測變量測量值；為被測變量測量值；為被測變量真實(shí)值；為被測變量真實(shí)值；代表測量誤差。代表測量誤差。 0),(./)(221uxFtsiMiniiniyx ixyi2iuu其中：其中：是測量數(shù)據(jù)是測量數(shù)據(jù)的估

15、計(jì)的估計(jì)是測量誤差的方差是測量誤差的方差是未測向量是未測向量的估計(jì)值的估計(jì)值 2022-2-1911 數(shù)據(jù)變換影響過程模型的精度和非線性映射能力以及數(shù)值優(yōu)化算法的運(yùn)行數(shù)據(jù)變換影響過程模型的精度和非線性映射能力以及數(shù)值優(yōu)化算法的運(yùn)行結(jié)果。包括標(biāo)度結(jié)果。包括標(biāo)度(Scaling)、轉(zhuǎn)換和權(quán)函數(shù)三各方面、轉(zhuǎn)換和權(quán)函數(shù)三各方面 標(biāo)度標(biāo)度 對工業(yè)過程中出現(xiàn)的工程單位不同或數(shù)值數(shù)量級相差較大的測量數(shù)據(jù)，利用適宜對工業(yè)過程中出現(xiàn)的工程單位不同或數(shù)值數(shù)量級相差較大的測量數(shù)據(jù)，利用適宜的因子進(jìn)行標(biāo)度，防止因?yàn)橛?jì)算機(jī)字長而喪失有用信息或引起算法的不穩(wěn)定。的因子進(jìn)行標(biāo)度，防止因?yàn)橛?jì)算機(jī)字長而喪失有用信息或引起算法的

16、不穩(wěn)定。 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 包括直接轉(zhuǎn)換和尋找新變量代替原變量，通過轉(zhuǎn)換可有效地降低原包括直接轉(zhuǎn)換和尋找新變量代替原變量，通過轉(zhuǎn)換可有效地降低原對象的非線性特性對象的非線性特性(如對數(shù)轉(zhuǎn)換如對數(shù)轉(zhuǎn)換)。 權(quán)函數(shù)權(quán)函數(shù) 實(shí)現(xiàn)對變量動態(tài)特性的補(bǔ)償，使穩(wěn)態(tài)模型實(shí)現(xiàn)對過程動態(tài)估計(jì)成為可能。實(shí)現(xiàn)對變量動態(tài)特性的補(bǔ)償，使穩(wěn)態(tài)模型實(shí)現(xiàn)對過程動態(tài)估計(jì)成為可能。2022-2-19122. 過程數(shù)據(jù)的軟測量技術(shù)過程數(shù)據(jù)的軟測量技術(shù) 軟測量技術(shù)的理論根源是軟測量技術(shù)的理論根源是20世紀(jì)世紀(jì)70年代年代Brosillow提出的推斷控制。提出的推斷控制。 把自動把自動控制技術(shù)與生產(chǎn)工藝過程知識有機(jī)結(jié)合起來，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對生產(chǎn)

17、過程中一些控制技術(shù)與生產(chǎn)工藝過程知識有機(jī)結(jié)合起來，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對生產(chǎn)過程中一些難于測量或不能測量的重要變量難于測量或不能測量的重要變量(主導(dǎo)變量主導(dǎo)變量)，選擇另外一些容易測量的變量，選擇另外一些容易測量的變量(輔助輔助變量或二次變量變量或二次變量)，通過構(gòu)成某種數(shù)學(xué)關(guān)系來推斷和估計(jì)，以軟件來代替硬件，通過構(gòu)成某種數(shù)學(xué)關(guān)系來推斷和估計(jì)，以軟件來代替硬件(傳感器傳感器)功能。功能。),(1udfy 過程過程ud1d2yy 主導(dǎo)變量；主導(dǎo)變量； 可測的輔助變量可測的輔助變量d1 可測擾動；可測擾動； d2 不可測擾動；不可測擾動；u 控制變量控制變量2022-2-1913軟測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)軟測量系統(tǒng)

18、結(jié)構(gòu)測量數(shù)據(jù)測量數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊預(yù)處理模塊簡單機(jī)理模型簡單機(jī)理模型軟測量模型軟測量模型長期校正模塊長期校正模塊初始模型初始模型在線校正模型在線校正模型歷史數(shù)據(jù)歷史數(shù)據(jù)模型參數(shù)模型參數(shù)修正的模型參數(shù)修正的模型參數(shù)歷史數(shù)據(jù)歷史數(shù)據(jù)化驗(yàn)數(shù)據(jù)化驗(yàn)數(shù)據(jù)2022-2-1914(1) 機(jī)理方法機(jī)理方法 基于物料平衡、能量平衡、動量平衡、相平衡、傳熱傳質(zhì)等根本動力學(xué)方基于物料平衡、能量平衡、動量平衡、相平衡、傳熱傳質(zhì)等根本動力學(xué)方程程(2) 經(jīng)驗(yàn)方法經(jīng)驗(yàn)方法系統(tǒng)辯識系統(tǒng)辯識 用測量數(shù)據(jù)直接求取模型的方法用測量數(shù)據(jù)直接求取模型的方法參數(shù)估計(jì)參數(shù)估計(jì) 根據(jù)既定的模型結(jié)構(gòu)由測量數(shù)據(jù)確定參數(shù)的方法根據(jù)既定的模型結(jié)構(gòu)由測

19、量數(shù)據(jù)確定參數(shù)的方法a) a) 基于狀態(tài)估計(jì)的方法基于狀態(tài)估計(jì)的方法Luenberger觀測器、觀測器、Kalman濾波器濾波器b) b) 基于回歸分析的方法基于回歸分析的方法最小二乘法、主元回歸法、局部最小二乘法最小二乘法、主元回歸法、局部最小二乘法(PLS)2022-2-1915(3) 基于人工智能方法基于人工智能方法a)a)人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)b)b)模糊技術(shù)模糊技術(shù)2022-2-19163. 復(fù)雜過程數(shù)據(jù)處理技術(shù)復(fù)雜過程數(shù)據(jù)處理技術(shù) 不同信息控制與決策層次之間的信息表達(dá)、傳遞、通訊和融合處理機(jī)制，不同信息控制與決策層次之間的信息表達(dá)、傳遞、通訊和融合處理機(jī)制，混雜信息的變換、信

20、息與數(shù)據(jù)的壓縮、信息特征的提取與恢復(fù)、信息與數(shù)據(jù)的混雜信息的變換、信息與數(shù)據(jù)的壓縮、信息特征的提取與恢復(fù)、信息與數(shù)據(jù)的挖掘。挖掘。 復(fù)雜工業(yè)對象模型化 (1) 模型化方法模型化方法 白箱方法、灰箱方法、黑箱方法白箱方法、灰箱方法、黑箱方法(3) 分層系統(tǒng)信息模式的非同態(tài)性導(dǎo)致系統(tǒng)模型形式的復(fù)雜化分層系統(tǒng)信息模式的非同態(tài)性導(dǎo)致系統(tǒng)模型形式的復(fù)雜化(2) 模型化的精度和模型的適應(yīng)性模型化的精度和模型的適應(yīng)性2022-2-1917基于模型的控制和基于知識的控制 (1)基于模型的控制技術(shù)基于模型的控制技術(shù)實(shí)例：預(yù)測控制技術(shù) 預(yù)測控制技術(shù)的產(chǎn)生并不是理論開展的需要，而首先是工業(yè)實(shí)踐向控制提出的挑戰(zhàn)。預(yù)測

21、控制技術(shù)的產(chǎn)生并不是理論開展的需要，而首先是工業(yè)實(shí)踐向控制提出的挑戰(zhàn)。 現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論(基于狀態(tài)空間的分析設(shè)計(jì)方法、最優(yōu)性能指標(biāo)的設(shè)計(jì)理論基于狀態(tài)空間的分析設(shè)計(jì)方法、最優(yōu)性能指標(biāo)的設(shè)計(jì)理論)取取得空前成果但仍面臨巨大挑戰(zhàn)：得空前成果但仍面臨巨大挑戰(zhàn)：i) 現(xiàn)代控制理論的基點(diǎn)是對象精確的數(shù)學(xué)模型現(xiàn)代控制理論的基點(diǎn)是對象精確的數(shù)學(xué)模型ii) 工業(yè)對象的結(jié)構(gòu)、參數(shù)和環(huán)境都具有很大的不確定性工業(yè)對象的結(jié)構(gòu)、參數(shù)和環(huán)境都具有很大的不確定性(魯棒性魯棒性/最優(yōu)性最優(yōu)性)iii) 工業(yè)控制中必須考慮到控制手段的經(jīng)濟(jì)性，對工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的工業(yè)控制中必須考慮到控制手段的經(jīng)濟(jì)性，對工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的 要求

22、不能太高要求不能太高(簡易性簡易性/實(shí)時性實(shí)時性)2022-2-1918A) 預(yù)測控制的根本構(gòu)成預(yù)測控制的根本構(gòu)成i) 預(yù)測模型預(yù)測模型根據(jù)對象的歷史信息和未來的輸入預(yù)測其未來的輸出根據(jù)對象的歷史信息和未來的輸入預(yù)測其未來的輸出(動態(tài)行為動態(tài)行為)。模型的功能模型的功能狀態(tài)方程狀態(tài)方程傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)階躍響應(yīng)階躍響應(yīng)脈沖響應(yīng)脈沖響應(yīng)非線性模型非線性模型.漸近穩(wěn)定的線性對象，非參數(shù)模漸近穩(wěn)定的線性對象，非參數(shù)模型型ii) 滾動優(yōu)化滾動優(yōu)化 通過優(yōu)化控制算法，追求某一性能指標(biāo)的最優(yōu)來確定未來的控制作用。通過優(yōu)化控制算法，追求某一性能指標(biāo)的最優(yōu)來確定未來的控制作用。 性能指標(biāo)構(gòu)造通?；趯ο筝敵鲈谖?/p>

23、來采樣點(diǎn)上跟蹤某一期望軌跡的方差性能指標(biāo)構(gòu)造通?；趯ο筝敵鲈谖磥聿蓸狱c(diǎn)上跟蹤某一期望軌跡的方差為最?。豢刂颇芰孔钚《瑫r保持輸出在某一給定的范圍等為最?。豢刂颇芰孔钚《瑫r保持輸出在某一給定的范圍等 有限時段的滾動優(yōu)化，優(yōu)化不是一次離線進(jìn)行，而是反復(fù)在線進(jìn)行有限時段的滾動優(yōu)化，優(yōu)化不是一次離線進(jìn)行，而是反復(fù)在線進(jìn)行2022-2-1919預(yù)測控制的根本構(gòu)成預(yù)測控制的根本構(gòu)成(續(xù)續(xù))iii) 反響校正反響校正 閉環(huán)控制算法閉環(huán)控制算法(不僅基于模型，同時利用實(shí)際輸出的反響值不僅基于模型，同時利用實(shí)際輸出的反響值)。 基于優(yōu)化性能指標(biāo)確定了一系列未來的控制作用后，為了防止模型失配或環(huán)境的基于優(yōu)化性

24、能指標(biāo)確定了一系列未來的控制作用后，為了防止模型失配或環(huán)境的干擾引起的控制效果與理想狀態(tài)的偏離，通常的作法不是把求得的控制作用序列逐一干擾引起的控制效果與理想狀態(tài)的偏離，通常的作法不是把求得的控制作用序列逐一全部實(shí)施，而只是實(shí)現(xiàn)本時刻的控制作用，到下一采樣時刻，首先檢測對象的實(shí)際輸全部實(shí)施，而只是實(shí)現(xiàn)本時刻的控制作用，到下一采樣時刻，首先檢測對象的實(shí)際輸出，并利用它對基于模型的相應(yīng)預(yù)測值進(jìn)行修正，在進(jìn)行新的優(yōu)化。出，并利用它對基于模型的相應(yīng)預(yù)測值進(jìn)行修正，在進(jìn)行新的優(yōu)化。2022-2-1920B) 動態(tài)矩陣控制算法動態(tài)矩陣控制算法(DMC)i) 預(yù)測模型預(yù)測模型 對于漸近穩(wěn)定的對象，動態(tài)信息可

25、近似用單位階躍響應(yīng)的采樣參數(shù)構(gòu)成有限集對于漸近穩(wěn)定的對象，動態(tài)信息可近似用單位階躍響應(yīng)的采樣參數(shù)構(gòu)成有限集合描述：合描述：Naaa.,21 根據(jù)線性系統(tǒng)的比例疊加性質(zhì)，可以利用上述的階躍響應(yīng)模型參數(shù)預(yù)測對根據(jù)線性系統(tǒng)的比例疊加性質(zhì)，可以利用上述的階躍響應(yīng)模型參數(shù)預(yù)測對象在未來時刻的輸出值。象在未來時刻的輸出值。 在在k時刻控制作用有一增量時，在其作用下未來深刻的輸出時刻控制作用有一增量時，在其作用下未來深刻的輸出 在在M個連續(xù)的控制增量個連續(xù)的控制增量 u(k), , u(k+M-1)的作用下未來時刻輸出值的作用下未來時刻輸出值(B-1)()|()|(01kuakikykikyiNi., 1(

26、B-2),min(110) 1()|()|(iMjjiMjkuakikykikyNi., 1(B-3)2022-2-1921預(yù)測模型單位階躍響應(yīng)預(yù)測模型單位階躍響應(yīng)2022-2-1922ii) 滾動優(yōu)化滾動優(yōu)化動態(tài)矩陣控制算法動態(tài)矩陣控制算法(續(xù)續(xù)1) 在每一時刻在每一時刻k， M個連續(xù)的控制增量個連續(xù)的控制增量 u(k), , u(k+M-1)(控制時域控制時域)，使被控對象在其作用下未來使被控對象在其作用下未來P個時刻個時刻(優(yōu)化時域優(yōu)化時域)的輸出預(yù)測值的輸出預(yù)測值 盡可能接近給定的期望值盡可能接近給定的期望值w(K+i), i = 1, , P，規(guī)定，規(guī)定M P，P N ，同時考慮控制

27、增量變化不能過分劇烈的要求構(gòu)成優(yōu)化性能指標(biāo)為：同時考慮控制增量變化不能過分劇烈的要求構(gòu)成優(yōu)化性能指標(biāo)為：)|(kikyMMjjPiMijkurkikyikwqkJ1221) 1()|()()(min(B-4) 在不考慮約束的情況下，求在不考慮約束的情況下，求 在預(yù)測模在預(yù)測模型型(B-3)下使性能指標(biāo)下使性能指標(biāo)(B-4)最小的優(yōu)化問題最小的優(yōu)化問題 TMMkukuk) 1(.)()(u2022-2-1923基于模型的預(yù)測控制基于模型的預(yù)測控制Referencek+Mk+PProcessModel PredictionfuturepastInput2022-2-1924模型輸出反響校正模型輸出

28、反響校正kk - jk+py(k-j)u(k-j)ym (k+j| k)u (k+j )yp (k+j| k-1)y(k)yp(k|k-1)d(k)2022-2-1925kk+mk - j過去當(dāng)前未來控制時域預(yù)測時域k+py(k-j)u(k-j)y (k+j| k)u (k+j| k)設(shè)定值軌跡基于模型的預(yù)測控制機(jī)制基于模型的預(yù)測控制機(jī)制2022-2-1926動態(tài)矩陣控制算法動態(tài)矩陣控制算法(續(xù)續(xù)2) 以向量的形式改寫以向量的形式改寫(B-3)、 (B-4)()()(0kkkMPPMuAyy(B-5) 其中：其中：)|(.)|1()(kPkykkykMMPMy)|(.)|1()(000kPky

29、kkykPy111.0.MPPMaaaaaA22)()()()(minRMPMPkkkkJQuyw(B-6)TPPkwkwk)(),.,1()(w 其中：其中：Pqqdiag,.,1QMrrdiag,.,1R2022-2-1927動態(tài)矩陣控制算法動態(tài)矩陣控制算法(續(xù)續(xù)3)220)()()()()(minRMMPPkkkkkJQuuAyw (B-5)代入代入 (B-6)(B-7) 求極值的必要條件：求極值的必要條件：0u)()(kdkdJM 得到：得到：)()()()(01kkkPPTTMywQARQAAu 僅將控制作用序列中即時控制質(zhì)量構(gòu)成控制作用施加給對象：僅將控制作用序列中即時控制質(zhì)量構(gòu)成

30、控制作用施加給對象：)()()()(0kkkkuPPTMTywduC(B-8)(B-9) 其中：其中：PTTTTdd11)(QARQAACd(B-10)001 TC表示取首元素運(yùn)算表示取首元素運(yùn)算控制向量控制向量2022-2-1928動態(tài)矩陣控制算法動態(tài)矩陣控制算法(續(xù)續(xù)4)iii) 反響校正反響校正 k時刻將控制時刻將控制u(k)加于對象，相當(dāng)于在對象得輸入端加了一個幅值為加于對象，相當(dāng)于在對象得輸入端加了一個幅值為u(k)的階躍鼓勵，根據(jù)的階躍鼓勵，根據(jù)(B-2)可以計(jì)算在控制作用下未來時刻的輸出預(yù)測值：可以計(jì)算在控制作用下未來時刻的輸出預(yù)測值：)()()(01kukkNNayy(B-11

31、) 經(jīng)移位處理，可以作為經(jīng)移位處理，可以作為k+1時刻的初始預(yù)測值進(jìn)行新的優(yōu)化計(jì)算。但是由于實(shí)際過程中時刻的初始預(yù)測值進(jìn)行新的優(yōu)化計(jì)算。但是由于實(shí)際過程中存在模型失配、環(huán)境干擾等因素，由存在模型失配、環(huán)境干擾等因素，由(B-11)得到的預(yù)測值肯定偏離實(shí)際值，需要利用實(shí)時得到的預(yù)測值肯定偏離實(shí)際值，需要利用實(shí)時檢測信息進(jìn)行反響校正：檢測信息進(jìn)行反響校正： 構(gòu)造輸出誤差：構(gòu)造輸出誤差：)|1()1()1(1kkykyke(B-12) 采用對采用對e(k+1)加權(quán)的方式對輸出的預(yù)測值進(jìn)行修正加權(quán)的方式對輸出的預(yù)測值進(jìn)行修正)1()()1(1kekkNcorhyy(B-13)2022-2-1929模型

32、輸出反響校正模型輸出反響校正kk - jk+py(k-j)u(k-j)ym (k+j| k)u (k+j )yp (k+j| k-1)y(k)yp(k|k-1)d(k)2022-2-1930動態(tài)矩陣控制算法動態(tài)矩陣控制算法(續(xù)續(xù)5) 其中：其中：)1|()1|1()1(kNkykkykcorcorcory為校正后的輸出預(yù)測向量為校正后的輸出預(yù)測向量TNhh1h為校正向量為校正向量 在在k+1時刻，時間基點(diǎn)的變動，時刻，時間基點(diǎn)的變動，k+1時刻的初始預(yù)測值可以通過時刻的初始預(yù)測值可以通過 移位獲得，構(gòu)造移位陣：移位獲得，構(gòu)造移位陣：)1(kcory10010100010S2022-2-1931

33、動態(tài)矩陣控制算法動態(tài)矩陣控制算法(續(xù)續(xù)6)k+1輸出初始預(yù)測值為：輸出初始預(yù)測值為：)1()1(0kykcorNSy(B-14) 基于基于(B-14)又可以像上述以又可以像上述以k時刻為基點(diǎn)的方法進(jìn)行時刻為基點(diǎn)的方法進(jìn)行k+1時刻的優(yōu)化計(jì)算，時刻的優(yōu)化計(jì)算，反復(fù)在線進(jìn)行。反復(fù)在線進(jìn)行。2022-2-1932動態(tài)矩陣控制動態(tài)矩陣控制10001001000010.Pdd.11zz對象對象0PPINaa.11Z0.01Nhh.1控制控制預(yù)測預(yù)測校正校正)(kwpTd)(ku)(ku) 1( ky)|1(kky)(1kyN)(1kyN)(0kyp)(0kyN) 1(0kyN) 1(kycor) 1(

34、kehS2022-2-1933C) 多變量系統(tǒng)的動態(tài)矩陣控制多變量系統(tǒng)的動態(tài)矩陣控制 設(shè)被控對象有設(shè)被控對象有m個控制輸入，個控制輸入，p個輸出，假定已測得每一輸出個輸出，假定已測得每一輸出yi對每一輸入對每一輸入uj的階躍響應(yīng)的階躍響應(yīng)aij(t)，那么模型向量表達(dá)為：，那么模型向量表達(dá)為：TijijijNaa)()1(a(C-1)Pi., 1mj., 1i) 預(yù)測模型預(yù)測模型)()()(0,1,kukkjijNiNiayy 考慮考慮uj有一個增量有一個增量 uj(k)時時,yi在未來在未來N個時刻的輸出預(yù)測值個時刻的輸出預(yù)測值：(C-2)|(.)|1()(1 ,1 ,1,kNkykkyki

35、iNiy)|(.)|1()(0 ,0 ,0,kNkykkykiiNiy2022-2-1934多變量動態(tài)矩陣控制算法多變量動態(tài)矩陣控制算法(續(xù)續(xù)1) 在在uj依次有依次有M個增量個增量 uj(k), , uj(k+M)時時,yi在未來在未來P個時刻的輸出預(yù)測值個時刻的輸出預(yù)測值：)()()(,0,kkkMjijPiPMiuAyy(C-3)|(.)|1()(,kNkykkykMiMiPMiy)|(.)|1()(0 ,0 ,0,kNkykkykiiPiy) 1()() 1 ()(0) 1 (MPaPaaMaaijijijijijijA) 1(.)()(,MkukukjjMju2022-2-1935多

36、變量動態(tài)矩陣控制算法多變量動態(tài)矩陣控制算法(續(xù)續(xù)2) 根據(jù)線性系統(tǒng)的疊加性質(zhì)處理系統(tǒng)輸出根據(jù)線性系統(tǒng)的疊加性質(zhì)處理系統(tǒng)輸出yi受到受到u1, , um共同作用時的情況：共同作用時的情況：)()()(10,1,kukkjmjijNiNiayy(C-4)u1, , um從從k時刻起均變化時刻起均變化M次時，共同作用時的情況：次時，共同作用時的情況：mjMjijPiPMikkk1,0,)()()(uAyy(C-5)為了簡潔化，記：為了簡潔化，記：)(.)()(1,1, 11kkkNpNNyyy)(.)()(0,0, 10kkkNpNNyyy2022-2-1936多變量動態(tài)矩陣控制算法多變量動態(tài)矩陣控

37、制算法(續(xù)續(xù)3)(.)()(, 1kkkPMpPMPMyyy)(.)()(0,0, 10kkkPpPPyyypmpmaaaaA1111pmpmAAAAA1111那么可得到一般的多變量系統(tǒng)的預(yù)測模型：那么可得到一般的多變量系統(tǒng)的預(yù)測模型：)()()(01kukkNNAyy(C-6)()()(0kkkMPPMuAyy(C-7)2022-2-1937多變量動態(tài)矩陣控制算法多變量動態(tài)矩陣控制算法(續(xù)續(xù)4)ii) 滾動優(yōu)化滾動優(yōu)化22)()()()(minRMPMkkkkJQuyw)()()(1kkkpWWWpikWkWkiii, 1,) 1() 1()(W),(1pQQdiagblockQ)(),1

38、(PqqdiagiiiQ),(1mdiagblockRRR)(),1 (PrrdiagRjjjpi, 1mj, 1在不考慮約束的情況下，可以求得全部控制增量：在不考慮約束的情況下，可以求得全部控制增量：(C-8)()()()(01kkkPTTMywQARQAAu(C-9)2022-2-1938多變量動態(tài)矩陣控制算法多變量動態(tài)矩陣控制算法(續(xù)續(xù)5)即時控制增量：即時控制增量：)()()(0kkkPywDu(C-10)(C-11)TmpTmTpTTTddddQARQAALD11111)(000100001L維mMmpiPiiTjijkkku10,)()()(ywd(C-12)() 1()(kuku

39、kujjj(C-13)mj, 12022-2-1939iii) 反響校正反響校正多變量動態(tài)矩陣控制算法多變量動態(tài)矩陣控制算法(續(xù)續(xù)6)1()()1(1kkkNcorHeyy)1()1(00kkcorNySy(C-14)(C-15)SSS00010010100010S2022-2-1940D) 動態(tài)矩陣控制的參數(shù)設(shè)計(jì)動態(tài)矩陣控制的參數(shù)設(shè)計(jì)(i) 采樣周期采樣周期T(ii) 優(yōu)化時域優(yōu)化時域P，控制時域，控制時域MP：穩(wěn)定性：穩(wěn)定性(魯棒性魯棒性)、動態(tài)快速性、動態(tài)快速性M：優(yōu)化變量的個數(shù)，在：優(yōu)化變量的個數(shù)，在P確定的情況下，確定的情況下，M越小，越難保證輸出在各采樣點(diǎn)越小，越難保證輸出在各采樣

40、點(diǎn)緊密跟蹤期望值，所得到得性能指標(biāo)也就越差。緊密跟蹤期望值，所得到得性能指標(biāo)也就越差。(iii) 誤差權(quán)矩陣誤差權(quán)矩陣Q和控制權(quán)矩陣和控制權(quán)矩陣(iv) 校正矩陣校正矩陣H 直接可調(diào)得運(yùn)算參數(shù)，僅在對象受到未知干擾或存在模型失配造成預(yù)直接可調(diào)得運(yùn)算參數(shù)，僅在對象受到未知干擾或存在模型失配造成預(yù)測輸出與實(shí)際輸出不一致時才起作用，而對控制的動態(tài)響應(yīng)沒有明顯的影測輸出與實(shí)際輸出不一致時才起作用，而對控制的動態(tài)響應(yīng)沒有明顯的影響響2022-2-1941E) 有約束的多變量動態(tài)矩陣控制有約束的多變量動態(tài)矩陣控制22)()()()()(minRMPMkukkkkJQMuywluCuAyy)()()()(.

41、 .0kkkktSMMPPM 二次規(guī)劃問題，非線性規(guī)劃方法二次規(guī)劃問題，非線性規(guī)劃方法2022-2-1942F) 預(yù)測控制技術(shù)在工業(yè)過程的應(yīng)用預(yù)測控制技術(shù)在工業(yè)過程的應(yīng)用Primary ControlProcessing UnitPrimary ControlProcessing UnitPrimary ControlProcessing UnitPrimary ControlProcessing UnitMPCMPCMPCMPCModel Based OptimizerProduction SchedulerHierarchy in production plant control of a

42、 continuous production site2022-2-1943預(yù)測控制的工業(yè)應(yīng)用預(yù)測控制的工業(yè)應(yīng)用00.81.82x 10414001402140414061408141014121414141614181420Measured throat temperaturetimeTemperature (0C)00.511.522.53probability density functionprobability densityCpk = 0.96024681012Cpk = 0.96Cpk = 4.3024681012Cpk = 0.96Cpk

43、= 1.6Economicbenefit2022-2-1944(2)基于知識的控制技術(shù)基于知識的控制技術(shù)智能控制理論與方法的研究智能控制理論與方法的研究- 模糊控制技術(shù)模糊控制技術(shù)- 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)- 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)2022-2-1945工況監(jiān)測和過程故障診斷技術(shù) 干擾和異常事件的發(fā)生干擾和異常事件的發(fā)生 盡管基于性能優(yōu)良的控制系統(tǒng)的根底上，但是生產(chǎn)過程的運(yùn)行仍離不開操盡管基于性能優(yōu)良的控制系統(tǒng)的根底上，但是生產(chǎn)過程的運(yùn)行仍離不開操作人員經(jīng)常性的干預(yù)，以預(yù)防操作工況的惡化。作人員經(jīng)常性的干預(yù)，以預(yù)防操作工況的惡化。(1) 工況監(jiān)測工況監(jiān)測正常操作工況的統(tǒng)計(jì)學(xué)模型正常操作工況的統(tǒng)計(jì)學(xué)

44、模型過程對象的反響機(jī)理模型過程對象的反響機(jī)理模型操作經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識操作經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識.集成化方法集成化方法過程的監(jiān)視、評估過程的監(jiān)視、評估操作的指導(dǎo)操作的指導(dǎo)化工過程的動態(tài)仿真技術(shù)化工過程的動態(tài)仿真技術(shù)2022-2-1946(2) 故障檢測和診斷故障檢測和診斷(Fault detecton and diagnostics FDD)故障故障(Fault) 系統(tǒng)至少一個特性或參數(shù)出現(xiàn)了較大的偏差，超出了可以接受的范圍，系統(tǒng)系統(tǒng)至少一個特性或參數(shù)出現(xiàn)了較大的偏差，超出了可以接受的范圍，系統(tǒng)性能明顯低于正常的水平，難于完成系統(tǒng)預(yù)期的功能。性能明顯低于正常的水平，難于完成系統(tǒng)預(yù)期的功能。故障檢測和診斷故

45、障檢測和診斷(FDD) 根據(jù)系統(tǒng)癥候，確定是否發(fā)生了故障，確定故障的種類，故障發(fā)生的部位，根據(jù)系統(tǒng)癥候，確定是否發(fā)生了故障，確定故障的種類，故障發(fā)生的部位，并確定故障的大小以及故障發(fā)生的時間并確定故障的大小以及故障發(fā)生的時間故障檢測和診斷故障檢測和診斷(FDD)工作環(huán)節(jié)工作環(huán)節(jié)(1)故障建模故障建模 按照先驗(yàn)信息和輸入輸出關(guān)系，建立系統(tǒng)故障的數(shù)學(xué)模型，作為故障診按照先驗(yàn)信息和輸入輸出關(guān)系，建立系統(tǒng)故障的數(shù)學(xué)模型，作為故障診斷的依據(jù)。斷的依據(jù)。2022-2-1947(5) 故障的評價(jià)與決策故障的評價(jià)與決策 判斷故障的嚴(yán)重程度及其對診斷對象的影響和開展趨勢，針對不同的工況采取不判斷故障的嚴(yán)重程度及

46、其對診斷對象的影響和開展趨勢，針對不同的工況采取不同的措施。同的措施。故障檢測和診斷故障檢測和診斷(續(xù)續(xù)1)(2) 故障檢測故障檢測 從可測量或不可測量變量的估計(jì)中，判斷被診斷系統(tǒng)是否發(fā)生了故從可測量或不可測量變量的估計(jì)中，判斷被診斷系統(tǒng)是否發(fā)生了故障。障。(3) 故障別離故障別離 在檢測出故障后，給出故障源的位置，區(qū)別出故障原因是執(zhí)行器、在檢測出故障后，給出故障源的位置，區(qū)別出故障原因是執(zhí)行器、傳感器、被控對象或者是特大擾動。傳感器、被控對象或者是特大擾動。(4) 故障辨識故障辨識 在別離出故障后，確定故障的大小、發(fā)生時刻及其時變特性。在別離出故障后，確定故障的大小、發(fā)生時刻及其時變特性。2

47、022-2-1948故障檢測和診斷故障檢測和診斷(續(xù)續(xù)2)性能指標(biāo)性能指標(biāo)檢測檢測靈敏度靈敏度及時性及時性漏報(bào)率漏報(bào)率誤報(bào)率誤報(bào)率診斷診斷分離能力分離能力故障辯識的準(zhǔn)確性故障辯識的準(zhǔn)確性2022-2-1949故障檢測和診斷故障檢測和診斷(續(xù)續(xù)3)故障診斷的方法故障診斷的方法 2022-2-1950綜合自動化系統(tǒng)集成優(yōu)化與決策理論與方法 本質(zhì)上是有約束、多目標(biāo)、多自由度的優(yōu)化與決策，所追求的往往不是單一的本質(zhì)上是有約束、多目標(biāo)、多自由度的優(yōu)化與決策，所追求的往往不是單一的最優(yōu)指標(biāo)，而是多種要求經(jīng)過協(xié)調(diào)后的綜合結(jié)果。最優(yōu)指標(biāo)，而是多種要求經(jīng)過協(xié)調(diào)后的綜合結(jié)果。 追求一個追求一個“精確的最優(yōu)的工作點(diǎn)

48、方式來精確的最優(yōu)的工作點(diǎn)方式來實(shí)現(xiàn)優(yōu)化與決策策略實(shí)現(xiàn)優(yōu)化與決策策略 滿意的過程操作工況區(qū)域，立足于滾動優(yōu)滿意的過程操作工況區(qū)域，立足于滾動優(yōu)化機(jī)制化機(jī)制 僅靠傳統(tǒng)僅靠傳統(tǒng)“自主型控制決策的方法解決工業(yè)系自主型控制決策的方法解決工業(yè)系統(tǒng)的整體優(yōu)化與決策這統(tǒng)的整體優(yōu)化與決策這 個命題顯得力不從心個命題顯得力不從心 通過人機(jī)協(xié)同工作方式，發(fā)揮人與計(jì)算通過人機(jī)協(xié)同工作方式，發(fā)揮人與計(jì)算機(jī)各自的特長，將人直覺思維機(jī)各自的特長，將人直覺思維 能力與計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)能力相結(jié)合，可以減能力與計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)能力相結(jié)合，可以減少系統(tǒng)的搜索空間，使復(fù)雜的問少系統(tǒng)的搜索空間，使復(fù)雜的問 題在有限的時間內(nèi)，有限的背景知識條件題在

49、有限的時間內(nèi)，有限的背景知識條件下得到解決，共同解決優(yōu)化與下得到解決，共同解決優(yōu)化與 決策復(fù)雜命題。決策復(fù)雜命題。2022-2-19512022-2-1952生產(chǎn)過程信息的巨大存儲量生產(chǎn)過程信息的巨大存儲量拙劣的數(shù)據(jù)分析、挖掘，綜合利用拙劣的數(shù)據(jù)分析、挖掘，綜合利用能力能力數(shù)據(jù)倉庫數(shù)據(jù)倉庫(DW) 支持管理決策過程的、面向主題的、集成的、穩(wěn)定的、不同時間的數(shù)據(jù)集支持管理決策過程的、面向主題的、集成的、穩(wěn)定的、不同時間的數(shù)據(jù)集合。合。 (1) 存儲面向管理應(yīng)用與綜合分析的集成化和綜合性信息，從歷史的角度描述存儲面向管理應(yīng)用與綜合分析的集成化和綜合性信息，從歷史的角度描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的變化，要求

50、采用能夠反映時間維特征的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的變化，要求采用能夠反映時間維特征的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(2)基于傳統(tǒng)的面向業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)庫或外界數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)源，經(jīng)過提煉、加工、匯總和基于傳統(tǒng)的面向業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)庫或外界數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)源，經(jīng)過提煉、加工、匯總和歸一化整理，生成符合數(shù)據(jù)應(yīng)用語義標(biāo)準(zhǔn)要求的數(shù)據(jù)集合；歸一化整理，生成符合數(shù)據(jù)應(yīng)用語義標(biāo)準(zhǔn)要求的數(shù)據(jù)集合；(3) 支持多種復(fù)雜的數(shù)據(jù)應(yīng)用和綜合性的管理決策分析；支持多種復(fù)雜的數(shù)據(jù)應(yīng)用和綜合性的管理決策分析； 2022-2-1953數(shù)據(jù)倉庫數(shù)據(jù)倉庫(DW) 關(guān)系數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)文件其它數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)倉庫管理工具抽取、轉(zhuǎn)換、清洗元數(shù)據(jù)庫建模工具綜合數(shù)據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)歷史數(shù)據(jù)用戶查

51、詢工具C/S工具OLAP工具DM工具源數(shù)據(jù)倉庫管理數(shù)據(jù)倉庫分析工具2022-2-1954知識發(fā)現(xiàn)(KDD)與數(shù)據(jù)挖掘(DM) KDD(Knowledge Discovery in Database)是從大量的數(shù)據(jù)信息中獲取正是從大量的數(shù)據(jù)信息中獲取正確、新穎、有潛在應(yīng)用價(jià)值和最終可被理解的模式的非平凡過程。確、新穎、有潛在應(yīng)用價(jià)值和最終可被理解的模式的非平凡過程。DM(Data Mining )是是KDD綜合過程中的一個具體但卻是關(guān)鍵的步驟，綜合過程中的一個具體但卻是關(guān)鍵的步驟，DM是從數(shù)據(jù)中提是從數(shù)據(jù)中提取模式的過程。數(shù)據(jù)挖掘是取模式的過程。數(shù)據(jù)挖掘是KDD最核心的局部，是采用機(jī)器學(xué)習(xí)、統(tǒng)計(jì)

52、等方法最核心的局部，是采用機(jī)器學(xué)習(xí)、統(tǒng)計(jì)等方法進(jìn)行知識學(xué)習(xí)的階段。進(jìn)行知識學(xué)習(xí)的階段。 模式按功能可分有兩大類：預(yù)測型模式按功能可分有兩大類：預(yù)測型Predictive模式和描述型模式和描述型Descriptive模式。模式。 預(yù)測型模式預(yù)測型模式: 根據(jù)數(shù)據(jù)項(xiàng)的值精確確定某種結(jié)果的模式。根據(jù)數(shù)據(jù)項(xiàng)的值精確確定某種結(jié)果的模式。 描述型模式描述型模式 ：對數(shù)據(jù)中存在的規(guī)那么做一種描述，或者根據(jù)數(shù)據(jù)的相似：對數(shù)據(jù)中存在的規(guī)那么做一種描述，或者根據(jù)數(shù)據(jù)的相似 性把數(shù)據(jù)分組。性把數(shù)據(jù)分組。 2022-2-1955六種具體的六種具體的DM模式模式(1)分類模式分類模式 分類模式是一個分類函數(shù)分類器，能夠

53、把數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)項(xiàng)映射到某分類模式是一個分類函數(shù)分類器，能夠把數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)項(xiàng)映射到某個給定的類上。分類模式往往表現(xiàn)為一棵分類樹，根據(jù)數(shù)據(jù)的值從樹根開始搜個給定的類上。分類模式往往表現(xiàn)為一棵分類樹，根據(jù)數(shù)據(jù)的值從樹根開始搜索，沿著數(shù)據(jù)滿足的分支往上走，走到樹葉就能確定類別。索，沿著數(shù)據(jù)滿足的分支往上走，走到樹葉就能確定類別。 (2)回歸模式回歸模式 回歸模式的函數(shù)定義與分類模式相似，它們的差異在于分類模式的預(yù)測值是離回歸模式的函數(shù)定義與分類模式相似，它們的差異在于分類模式的預(yù)測值是離散的，回歸模式的預(yù)測值是連續(xù)的。散的，回歸模式的預(yù)測值是連續(xù)的。 (3)時間序列模式時間序列模式 時間序列模式根

54、據(jù)數(shù)據(jù)隨時間變化的趨勢預(yù)測將來的值。時間序列模式根據(jù)數(shù)據(jù)隨時間變化的趨勢預(yù)測將來的值。 受監(jiān)督模式提取過程，在建立模式前數(shù)據(jù)的結(jié)果是的，建立這些模式時，使用一局部數(shù)受監(jiān)督模式提取過程，在建立模式前數(shù)據(jù)的結(jié)果是的，建立這些模式時，使用一局部數(shù)據(jù)作為樣本，用另一局部數(shù)據(jù)來檢驗(yàn)、校正模式。據(jù)作為樣本，用另一局部數(shù)據(jù)來檢驗(yàn)、校正模式。 2022-2-1956(4) 聚類模式聚類模式 聚類模式把數(shù)據(jù)劃分到不同的組中，組之間的差異盡可能大，組內(nèi)的差聚類模式把數(shù)據(jù)劃分到不同的組中，組之間的差異盡可能大，組內(nèi)的差異盡可能小。異盡可能小。 六種具體的六種具體的DM模式模式(續(xù)續(xù))(5) 關(guān)聯(lián)模式關(guān)聯(lián)模式 是數(shù)據(jù)

55、項(xiàng)之間的關(guān)聯(lián)規(guī)那么。是數(shù)據(jù)項(xiàng)之間的關(guān)聯(lián)規(guī)那么。 (6) 序列模式序列模式 序列模式與關(guān)聯(lián)模式相仿，而把數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性與時間聯(lián)系起來。為序列模式與關(guān)聯(lián)模式相仿，而把數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性與時間聯(lián)系起來。為了發(fā)現(xiàn)序列模式，不僅需要知道事件是否發(fā)生，而且需要確定事件發(fā)生的時了發(fā)現(xiàn)序列模式，不僅需要知道事件是否發(fā)生，而且需要確定事件發(fā)生的時間。間。 模式建立前結(jié)果是未知的，模式的產(chǎn)生不受任何監(jiān)督。模式建立前結(jié)果是未知的，模式的產(chǎn)生不受任何監(jiān)督。 2022-2-1957決策支持系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)(DSS)的理論和方法的理論和方法 企業(yè)決策支持系統(tǒng)模型庫數(shù)據(jù)庫方法庫DM工具關(guān)系數(shù)據(jù)模型關(guān)系數(shù)據(jù)模型關(guān)系數(shù)據(jù)模型關(guān)

56、系型工具軟件多維工具軟件(OLAP)數(shù)據(jù)倉庫(DW)數(shù)據(jù)清洗、轉(zhuǎn)換、綜合關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫文本文件OLTP應(yīng)用OLTP應(yīng)用2022-2-1958(1) 決策支持系統(tǒng)的產(chǎn)生和開展決策支持系統(tǒng)的產(chǎn)生和開展 決策決策 人們在日常工作和生活中做出的選擇和決定人們在日常工作和生活中做出的選擇和決定事務(wù)處理系統(tǒng)事務(wù)處理系統(tǒng)(Transaction Processing System TPS) 20世紀(jì)世紀(jì)50年代年代, 電子計(jì)算機(jī)作為信息處理工具，廣泛用于政電子計(jì)算機(jī)作為信息處理工具，廣泛用于政府、企業(yè)等場合進(jìn)行信息的收集、存儲、加工和整理。府、企業(yè)等場合進(jìn)行信息的收集、存儲、加工和整理。 財(cái)物、生產(chǎn)統(tǒng)

57、計(jì)等業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)處理，減輕人的工作負(fù)擔(dān)，財(cái)物、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)等業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)處理，減輕人的工作負(fù)擔(dān)，提高工作效率。提高工作效率。決策支持系統(tǒng)(Decision Support System DSS)2022-2-1959管理信息系統(tǒng)管理信息系統(tǒng)(Management Information System MIS) 20世紀(jì)世紀(jì)60年代，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在全面掌握組織內(nèi)部信息流通與處理的根年代，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在全面掌握組織內(nèi)部信息流通與處理的根底上，合理組織信息處理方式，生成各種報(bào)表。底上，合理組織信息處理方式，生成各種報(bào)表。 提高信息處理的效率能力，工作的協(xié)調(diào)一致性提高信息處理的效率能力，工作的協(xié)調(diào)一致性決策支持系

58、統(tǒng)決策支持系統(tǒng)(Decision Support System DSS) 20世紀(jì)世紀(jì)70年代，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在信息分析根底上，根據(jù)主客年代，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在信息分析根底上，根據(jù)主客觀情況作出判斷和選擇。觀情況作出判斷和選擇。 面向決策問題，基于交互式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)幫助決策使用數(shù)面向決策問題，基于交互式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)幫助決策使用數(shù)據(jù)和模型，解決半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的問題據(jù)和模型，解決半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的問題2022-2-1960決策趨于困難和復(fù)雜決策趨于困難和復(fù)雜由于技術(shù)進(jìn)步，可選用的方案增多由于技術(shù)進(jìn)步，可選用的方案增多決策失誤的代價(jià)可能很大決策失誤的代價(jià)可能很大(連鎖反響連鎖反響)決策所需的信息可能難以獲取

59、決策所需的信息可能難以獲取必須迅速作出決策必須迅速作出決策 計(jì)算機(jī)決策支持計(jì)算機(jī)決策支持(1)(1) 快速計(jì)算快速計(jì)算 (2)(2) 克服人類處理和存儲中認(rèn)知能力的限制克服人類處理和存儲中認(rèn)知能力的限制(3)(3) 減少費(fèi)用，減少專家群體的規(guī)模減少費(fèi)用，減少專家群體的規(guī)模(4)(4) 技術(shù)支持技術(shù)支持( (數(shù)據(jù)庫、多媒體、數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)庫、多媒體、數(shù)據(jù)處理) )(5)(5) 質(zhì)量支持質(zhì)量支持( (更多方案，評價(jià)、分析、仿真更多方案，評價(jià)、分析、仿真) )(6)(6) 競爭支持競爭支持(7)(7) 企業(yè)過程再造工程企業(yè)過程再造工程 2022-2-1961(2) 決策支持系統(tǒng)的組成決策支持系統(tǒng)的組成

60、 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫DB模型庫模型庫MB數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS模型庫管理系統(tǒng)模型庫管理系統(tǒng)MBMS對話管理系統(tǒng)對話管理系統(tǒng)DGMS用戶用戶2022-2-1962計(jì)算機(jī)決策支持系統(tǒng)的根本部件計(jì)算機(jī)決策支持系統(tǒng)的根本部件人機(jī)接口人機(jī)接口(對話系統(tǒng)對話系統(tǒng)/語言系統(tǒng)語言系統(tǒng)) 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫(數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng))模型庫模型庫(模型庫管理系統(tǒng)模型庫管理系統(tǒng))知識庫知識庫(知識庫管理系統(tǒng)知識庫管理系統(tǒng))方法庫方法庫(方法庫管理系統(tǒng)方法庫管理系統(tǒng))LS問題處理系統(tǒng)問題處理系統(tǒng)PPS數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫模型庫模型庫知識庫知識庫KS用戶用戶2022-2-1963(3) DSS的功能的功能 (1) (1