專家系統(tǒng)第10章專家系統(tǒng)的推理控制

1、第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems1第第1010章章 專家系統(tǒng)的推理控制專家系統(tǒng)的推理控制 10.1 工業(yè)過(guò)程自動(dòng)控制概述 1）連續(xù)過(guò)程自動(dòng)化的應(yīng)用領(lǐng)域）連續(xù)過(guò)程自動(dòng)化的應(yīng)用領(lǐng)域 連續(xù)過(guò)程自動(dòng)化的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括冶金、化工、煉連續(xù)過(guò)程自動(dòng)化的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括冶金、化工、煉油、發(fā)電、造紙、醫(yī)藥、輕工等工業(yè)部門（支柱產(chǎn)業(yè)），油、發(fā)電、造紙、醫(yī)藥、輕工等工業(yè)部門（支柱產(chǎn)業(yè)），對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著舉足輕重的作用。對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著舉足輕重的作用。 2）連續(xù)過(guò)程自動(dòng)化的特點(diǎn)）連續(xù)過(guò)程自動(dòng)化的特點(diǎn) （1）連續(xù)生產(chǎn)，過(guò)程復(fù)雜，系統(tǒng)龐大，安全性要求

2、高。）連續(xù)生產(chǎn)，過(guò)程復(fù)雜，系統(tǒng)龐大，安全性要求高。 （2）對(duì)自動(dòng)化技術(shù)要求高，自動(dòng)化程度發(fā)展很快。）對(duì)自動(dòng)化技術(shù)要求高，自動(dòng)化程度發(fā)展很快。第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems210.2.1 10.2.1 推理控制概述推理控制概述 1 1）對(duì)于過(guò)程可測(cè)的擾動(dòng)，采用前饋控制能有效地克服其對(duì)輸）對(duì)于過(guò)程可測(cè)的擾動(dòng)，采用前饋控制能有效地克服其對(duì)輸出的影響。因此，出的影響。因此，前饋控制在過(guò)程控制中得到廣泛的應(yīng)用前饋控制在過(guò)程控制中得到廣泛的應(yīng)用。2 2）在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，存在這樣一些情況，即有些過(guò)程）在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，存在這樣一些

3、情況，即有些過(guò)程的的擾動(dòng)擾動(dòng)、甚至過(guò)程的、甚至過(guò)程的輸出輸出是是無(wú)法測(cè)量無(wú)法測(cè)量或或難以測(cè)量難以測(cè)量的。如有些的。如有些測(cè)量?jī)x表價(jià)格非常昂貴，有些測(cè)量裝置性能很不可靠，有些測(cè)量?jī)x表價(jià)格非常昂貴，有些測(cè)量裝置性能很不可靠，有些檢測(cè)儀器測(cè)量死區(qū)太大，有些測(cè)量結(jié)果滯后很多等。檢測(cè)儀器測(cè)量死區(qū)太大，有些測(cè)量結(jié)果滯后很多等。 對(duì)于這類過(guò)程，由于無(wú)法測(cè)量擾動(dòng)量或輸出量，也就無(wú)對(duì)于這類過(guò)程，由于無(wú)法測(cè)量擾動(dòng)量或輸出量，也就無(wú)法采用前饋補(bǔ)償?shù)霓k法進(jìn)行擾動(dòng)補(bǔ)償。因此，采用法采用前饋補(bǔ)償?shù)霓k法進(jìn)行擾動(dòng)補(bǔ)償。因此，采用APCAPC是解決是解決這類這類實(shí)際問(wèn)題非常有效的辦法。實(shí)際問(wèn)題非常有效的辦法。10.2 推理控制

4、系統(tǒng)第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems33 3）對(duì)于輸出可測(cè)、擾動(dòng)不可測(cè)的過(guò)程，可以采用降維狀態(tài)）對(duì)于輸出可測(cè)、擾動(dòng)不可測(cè)的過(guò)程，可以采用降維狀態(tài)觀測(cè)器，先估計(jì)出擾動(dòng)量觀測(cè)器，先估計(jì)出擾動(dòng)量d d（不可測(cè)），然后根據(jù)擾動(dòng)的估（不可測(cè)），然后根據(jù)擾動(dòng)的估計(jì)值進(jìn)行前饋控制。計(jì)值進(jìn)行前饋控制。4 4）對(duì)于擾動(dòng)和輸出均不可測(cè)的過(guò)程，不得不采用）對(duì)于擾動(dòng)和輸出均不可測(cè)的過(guò)程，不得不采用控制二次控制二次輸出輸出的方法，的方法，間接間接地對(duì)過(guò)程的主要輸出進(jìn)行地對(duì)過(guò)程的主要輸出進(jìn)行控制控制。 10.2.2 常規(guī)控制系統(tǒng)常規(guī)控制系統(tǒng) 常規(guī)控制系統(tǒng)結(jié)

5、構(gòu)圖如圖常規(guī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1 1。推理控制系統(tǒng)第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems4圖圖1 1 常規(guī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖常規(guī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 主要輸出主要輸出過(guò)程的不過(guò)程的不可測(cè)擾動(dòng)可測(cè)擾動(dòng)二次輸出二次輸出第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems5 圖圖1 1各部分的作用如下：各部分的作用如下： R(s)R(s)為過(guò)程的設(shè)定值為過(guò)程的設(shè)定值 Y(s)Y(s)為過(guò)程的主要輸出為過(guò)程的主要輸出 Ys(s)Ys(s)為過(guò)程的二次輸出為過(guò)程的二次輸出 Gp(s)Gp(s)和和 Gps(s

6、)Gps(s)為控制通道的傳遞函數(shù)為控制通道的傳遞函數(shù) A(s)A(s)和和B(s)B(s)為擾動(dòng)通道的傳遞函數(shù)為擾動(dòng)通道的傳遞函數(shù) D(s)D(s)為過(guò)程的不可測(cè)擾動(dòng)為過(guò)程的不可測(cè)擾動(dòng)推理控制系統(tǒng)第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems6 在常規(guī)調(diào)節(jié)器的作用下，系統(tǒng)的主要輸出為：在常規(guī)調(diào)節(jié)器的作用下，系統(tǒng)的主要輸出為： 系統(tǒng)的二次輸出為：系統(tǒng)的二次輸出為： 若采用若采用PI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器， )()()(1)()()()()()()(1)()(sDsGpssGcsGpsGcsAsBsRsGpssGcsGpsGcsY )()()(1)()

7、()()(1)()(sDsGpssGcsAsRsGpssGcsGpssGcsYssTKcsGcI11)(推理控制系統(tǒng)第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems71 1）在設(shè)定值）在設(shè)定值R(s)R(s)為階躍擾動(dòng)作用下，系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)偏差為階躍擾動(dòng)作用下，系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)偏差分別為：分別為： 主要輸出的穩(wěn)態(tài)值：主要輸出的穩(wěn)態(tài)值：R(0)-Y(0)=1-Gp(0)/Gps(0)R(0)R(0)-Y(0)=1-Gp(0)/Gps(0)R(0) 二次輸出的穩(wěn)態(tài)值：二次輸出的穩(wěn)態(tài)值：R(0)-Ys(0)=0R(0)-Ys(0)=02 2）在不可測(cè)階

8、躍擾動(dòng)作用下，系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)偏差分別為：）在不可測(cè)階躍擾動(dòng)作用下，系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)偏差分別為： 主要輸出：主要輸出：Y(0)=B(0)-A(0)Gp(0)/Gps(0)D(0)Y(0)=B(0)-A(0)Gp(0)/Gps(0)D(0) 二次輸出：二次輸出：Ys(0)=0Ys(0)=0式中式中: Y(0)Y(0)和和Ys(0)Ys(0)表示輸出的穩(wěn)態(tài)值，表示輸出的穩(wěn)態(tài)值， Gp(0)Gp(0)和和 Gps(0)Gps(0)表示控制通道的靜態(tài)增益，表示控制通道的靜態(tài)增益， A(0)(0)和和 B(0)B(0)表示擾動(dòng)通道的靜態(tài)增益。表示擾動(dòng)通道的靜態(tài)增益。推理控制系統(tǒng)第10章 ES的推理控制Inf

9、erential Control of Expert Systems8 3) 3)結(jié)論結(jié)論 對(duì)于上述系統(tǒng)，當(dāng)采用對(duì)于上述系統(tǒng)，當(dāng)采用PIPI調(diào)節(jié)器時(shí)，在設(shè)定值階躍擾動(dòng)調(diào)節(jié)器時(shí)，在設(shè)定值階躍擾動(dòng)和不可測(cè)階躍擾動(dòng)作用下，系統(tǒng)的和不可測(cè)階躍擾動(dòng)作用下，系統(tǒng)的二次輸出穩(wěn)態(tài)值是無(wú)偏二次輸出穩(wěn)態(tài)值是無(wú)偏差的差的，但系統(tǒng)的主要輸出的穩(wěn)態(tài)值是有偏差的。，但系統(tǒng)的主要輸出的穩(wěn)態(tài)值是有偏差的。 推理控制系統(tǒng)第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems9 10.2.3 10.2.3 推理控制的產(chǎn)生推理控制的產(chǎn)生 推理控制的基本思想是由美國(guó)的推理控制的基本思想是由

10、美國(guó)的Coleman BrosilowColeman Brosilow和和Martin Tong Martin Tong 于于19781978年提出來(lái)的，推理控制就是針對(duì)過(guò)程年提出來(lái)的，推理控制就是針對(duì)過(guò)程控制中存在的上述問(wèn)題提出的一種改進(jìn)的控制算法?？刂浦写嬖诘纳鲜鰡?wèn)題提出的一種改進(jìn)的控制算法。 1 1）推理控制的基本思想）推理控制的基本思想 建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)對(duì)系統(tǒng)過(guò)程輸出性能建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)對(duì)系統(tǒng)過(guò)程輸出性能的要求，通過(guò)數(shù)學(xué)推理導(dǎo)出控制系統(tǒng)所應(yīng)具有的結(jié)構(gòu)形式，的要求，通過(guò)數(shù)學(xué)推理導(dǎo)出控制系統(tǒng)所應(yīng)具有的結(jié)構(gòu)形式，再通過(guò)二次輸出來(lái)推算出主要輸出和不可測(cè)擾動(dòng)。再通過(guò)二次輸

11、出來(lái)推算出主要輸出和不可測(cè)擾動(dòng)。 與其他控制算法相比，推理控制算法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。與其他控制算法相比，推理控制算法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。 推理控制系統(tǒng)第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems10 2 2）推理控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)）推理控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 對(duì)于圖對(duì)于圖(1)所示的過(guò)程采用推理控制，可以重新構(gòu)建所示的過(guò)程采用推理控制，可以重新構(gòu)建系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖(圖圖2)，這時(shí)，由于主要輸出，這時(shí)，由于主要輸出Y(s)和擾動(dòng)和擾動(dòng)D(s)均不可測(cè)，所要設(shè)計(jì)的推理控制部分只有將過(guò)程的二次輸均不可測(cè)，所要設(shè)計(jì)的推理控制部分只有將過(guò)程的二次輸出出Ys(s

12、)作為輸入，而其輸出作為作為輸入，而其輸出作為M(s)作為過(guò)程的輸入：作為過(guò)程的輸入： 推理控制系統(tǒng)第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems11圖2 推理控制系統(tǒng)框圖推理控制系統(tǒng)框圖 推理控制系統(tǒng)第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems12 為了克服不可測(cè)擾動(dòng)的影響，待設(shè)計(jì)的推理控制器的為了克服不可測(cè)擾動(dòng)的影響，待設(shè)計(jì)的推理控制器的傳遞函數(shù)應(yīng)具有的形式：傳遞函數(shù)應(yīng)具有的形式： (2-1) (2-2) 由由(2-1)、(2-2) ，得到：，得到： (2-3) 定義：定義： (2-4

13、) )()()(1sDsGsGpssAsYs)()()()()()(sYssGsGpsDsBsY )()()(1)()()()()(sDsGsGpssAsGsGpsDsBsY)()(1)()()(sGsGpssGsGpsEdef推理控制系統(tǒng)第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems13由由(2-3)、(2-4) ，得到：，得到： 若取若取 (2-5)則可完全消除不可測(cè)擾動(dòng)對(duì)輸出的影響。則可完全消除不可測(cè)擾動(dòng)對(duì)輸出的影響。 若滿足式若滿足式(2-5)，則由，則由(2-4)可得出：可得出： (2-6)由此可以得出如下由此可以得出如下結(jié)論結(jié)論：

14、 推理控制部分的傳遞函數(shù)推理控制部分的傳遞函數(shù)G(s)是由被控過(guò)程的動(dòng)態(tài)是由被控過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性決定的，特性決定的，G(s)的實(shí)現(xiàn)只能通過(guò)建立過(guò)程各通道的數(shù)學(xué)的實(shí)現(xiàn)只能通過(guò)建立過(guò)程各通道的數(shù)學(xué)模型來(lái)完成。模型來(lái)完成。)()()()()(sDsEsAsBsY)()()(sAsBsE)()()()()(sGpSEsGpssEsG推理控制系統(tǒng)第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems14 將過(guò)程各通道數(shù)學(xué)模型上面加上將過(guò)程各通道數(shù)學(xué)模型上面加上“”，以區(qū)別于過(guò)，以區(qū)別于過(guò)程本身的數(shù)學(xué)模型。所以有：程本身的數(shù)學(xué)模型。所以有： (2-7) 式中：式中

15、： 推理控制部分的輸出則為：推理控制部分的輸出則為： 即：即： (2-8)()()()()(spGSEspsGsEsG)()()(sAsBsE)()()()()()()()(sYsspGSEspsGsEsYssGsM)()()()()(1)(sEsMspsGsYsspGsM推理控制系統(tǒng)第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems15 令，令， 則由式則由式(2-8)可以畫出如圖可以畫出如圖(3)中虛線左側(cè)部分所示的推理控中虛線左側(cè)部分所示的推理控制系統(tǒng)的框圖。制系統(tǒng)的框圖。 其中其中 稱為推理控制器；稱為推理控制器； 稱為估計(jì)器。稱為估計(jì)器

16、。 )(1)(spGsGI)(sGI)(sE推理控制系統(tǒng)第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems16圖圖2 2 推理控制系統(tǒng)框圖推理控制系統(tǒng)框圖第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems17 由圖可見，推理控制由三個(gè)基本部分組成：由圖可見，推理控制由三個(gè)基本部分組成： （1）信號(hào)分離部分）信號(hào)分離部分 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，由圖時(shí)，由圖(3)可得可得 ： 實(shí)現(xiàn)了將不可測(cè)擾動(dòng)實(shí)現(xiàn)了將不可測(cè)擾動(dòng)D(s)對(duì)對(duì)Ys(s)的影響分離出來(lái)的目的。的影響分離出來(lái)的目的。（2）估計(jì)器）估計(jì)器 從圖中可以看出，

17、當(dāng)從圖中可以看出，當(dāng) 且當(dāng)且當(dāng) 估計(jì)器的輸出為。估計(jì)器的輸出為。 )(sGpsspsG)()()()()(sDsAsMspsGsYs)(sE )(sGpsspsG)()()()(sBsBsAsA，推理控制系統(tǒng)第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems1810.2.4 推理控制器推理控制器Gi(s)Gi(s)的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)1）設(shè)計(jì)推理控制器）設(shè)計(jì)推理控制器 理論上，推理控制器傳遞函數(shù)為：理論上，推理控制器傳遞函數(shù)為：Gi(s)1/ p(s)， 但這種結(jié)構(gòu)物理上無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此需要給但這種結(jié)構(gòu)物理上無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此需要給 Gi(s) 串聯(lián)一個(gè)串聯(lián)一

18、個(gè)濾波器，當(dāng)濾波器，當(dāng)p(s)具有以下形式：具有以下形式： 從而可以抵消不可測(cè)擾動(dòng)對(duì)主要輸出的影響。從而可以抵消不可測(cè)擾動(dòng)對(duì)主要輸出的影響。若所有模型都準(zhǔn)確，則在設(shè)定值擾動(dòng)作用下的過(guò)程輸出為若所有模型都準(zhǔn)確，則在設(shè)定值擾動(dòng)作用下的過(guò)程輸出為 Y(s)=R(s), 在不可測(cè)擾動(dòng)在不可測(cè)擾動(dòng)D(s)的作用下，過(guò)程的主要輸出為的作用下，過(guò)程的主要輸出為 Y(s)=0。推理控制系統(tǒng))(/ )()(spGsGsGFI第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems19 設(shè)設(shè) 的形式為：的形式為： 式中式中 包含了中全部右半包含了中全部右半s平面上的零點(diǎn)。

19、平面上的零點(diǎn)。 為使之可實(shí)現(xiàn)，且在模型準(zhǔn)確時(shí)，使系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)為使之可實(shí)現(xiàn)，且在模型準(zhǔn)確時(shí)，使系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)偏差為偏差為0，濾波器可設(shè)計(jì)為，濾波器可設(shè)計(jì)為 (2-9) 式中式中 為為 的一個(gè)穩(wěn)態(tài)增益，引入它的目的是使的一個(gè)穩(wěn)態(tài)增益，引入它的目的是使 時(shí)，時(shí)，n為的分母與分子為的分母與分子s多項(xiàng)式的階次之差，多項(xiàng)式的階次之差， 為濾波器的時(shí)間常數(shù)。為濾波器的時(shí)間常數(shù)。 推理控制系統(tǒng)sppesGsGspG)()()()(spG) 1()(1sTsGimipnFpspFsTGesGsG) 1)(0 ()()() 0 (pG)(sGp1) 0 ( FGFT第10章 ES的推理控制Inferential

20、 Control of Expert Systems20加入濾波器的實(shí)際推理控制器就成為：加入濾波器的實(shí)際推理控制器就成為： (2-10) 根據(jù)圖根據(jù)圖(3)，在實(shí)際的作用下，系統(tǒng)輸出為：，在實(shí)際的作用下，系統(tǒng)輸出為： (2-11)在所有模型都準(zhǔn)確的條件下，在所有模型都準(zhǔn)確的條件下， (2-12)由此可得出結(jié)論：由此可得出結(jié)論： 推理控制系統(tǒng)nFIsTspGpGsG) 1)() 0 (1)()()()()()()()()()()(sDsAsAsBsRsGsGsDsBsYIp)()()(1 )()()(sDsBsGsRsGsYFF第10章 ES的推理控制Inferential Control o

21、f Expert Systems212）結(jié)論）結(jié)論結(jié)論結(jié)論1. 在實(shí)際的推理控制系統(tǒng)中，即使所有的模型都準(zhǔn)確，在實(shí)際的推理控制系統(tǒng)中，即使所有的模型都準(zhǔn)確， 系統(tǒng)主要輸出也不可能在設(shè)定值階躍擾動(dòng)作用下完全動(dòng)系統(tǒng)主要輸出也不可能在設(shè)定值階躍擾動(dòng)作用下完全動(dòng)態(tài)跟蹤，從而也不能實(shí)現(xiàn)不可測(cè)擾動(dòng)作用的完全補(bǔ)償；態(tài)跟蹤，從而也不能實(shí)現(xiàn)不可測(cè)擾動(dòng)作用的完全補(bǔ)償；結(jié)論結(jié)論2. 輸出的動(dòng)態(tài)響應(yīng)主要取決于濾波器的特性。輸出的動(dòng)態(tài)響應(yīng)主要取決于濾波器的特性。 若濾波器的穩(wěn)態(tài)增益為若濾波器的穩(wěn)態(tài)增益為1( )：在設(shè)定值在設(shè)定值 階躍擾動(dòng)作用下，系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)誤差為：階躍擾動(dòng)作用下，系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)誤差為：在不可測(cè)階躍擾

22、動(dòng)在不可測(cè)階躍擾動(dòng) 作用下，輸出的穩(wěn)態(tài)偏差為：作用下，輸出的穩(wěn)態(tài)偏差為：說(shuō)明系統(tǒng)仍具有很好的穩(wěn)態(tài)性能。說(shuō)明系統(tǒng)仍具有很好的穩(wěn)態(tài)性能。 推理控制系統(tǒng)1)0(FG)(sR0)0()0(YR)(sD0)0(Y第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems22 如前所述，輸出的動(dòng)態(tài)響應(yīng)主要取決于濾波器的特性。如前所述，輸出的動(dòng)態(tài)響應(yīng)主要取決于濾波器的特性。由式由式(2-9)可知，可知， 和和 是由控制通道的模型是由控制通道的模型 決定的，只有濾波器時(shí)間常數(shù)決定的，只有濾波器時(shí)間常數(shù) 可以人為地選擇。所以，可以人為地選擇。所以，在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，要正確選

23、擇在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，要正確選擇 。 由（由（2-12）可得出，）可得出， 的大小會(huì)影響系統(tǒng)輸出響應(yīng)的的大小會(huì)影響系統(tǒng)輸出響應(yīng)的快慢?？炻?大，則輸出響應(yīng)緩慢，反之，則輸出響應(yīng)加快。大，則輸出響應(yīng)緩慢，反之，則輸出響應(yīng)加快。 因而，可以根據(jù)對(duì)輸出響應(yīng)的要求選擇因而，可以根據(jù)對(duì)輸出響應(yīng)的要求選擇 。一般，。一般， 會(huì)選會(huì)選的小一些，但如果的小一些，但如果 太小，系統(tǒng)容易在高頻擾動(dòng)作用下出太小，系統(tǒng)容易在高頻擾動(dòng)作用下出現(xiàn)振蕩；現(xiàn)振蕩； 的選取還應(yīng)考慮模型的準(zhǔn)確性。當(dāng)模型比較準(zhǔn)的選取還應(yīng)考慮模型的準(zhǔn)確性。當(dāng)模型比較準(zhǔn)確時(shí)，確時(shí)， 可選得小些，而若模型精度比較差，可選得小些，而若模型精度比較差， 就應(yīng)

24、選得就應(yīng)選得大些。大些。 推理控制系統(tǒng))(sGpse)(sGpFTFTFTFTFTFTFTFTFTFT第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems23 10.2.5 靜態(tài)靜態(tài)推理控制推理控制 在工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中，當(dāng)過(guò)程的主要輸出和擾動(dòng)不能在在工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中，當(dāng)過(guò)程的主要輸出和擾動(dòng)不能在線測(cè)量而只能定期地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析時(shí)，得出線測(cè)量而只能定期地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析時(shí)，得出 、 和和 幾乎是太不可能的。因此，也不易實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)推理。在幾乎是太不可能的。因此，也不易實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)推理。在這種情況下可以采用靜態(tài)推理控制。這種情況下可以采用靜態(tài)推理控制。 靜態(tài)推理控制

25、系統(tǒng)仍由三個(gè)部分組成，但推理控制器靜態(tài)推理控制系統(tǒng)仍由三個(gè)部分組成，但推理控制器和估計(jì)器以穩(wěn)態(tài)模型的形式出現(xiàn)，即：和估計(jì)器以穩(wěn)態(tài)模型的形式出現(xiàn)，即： 若不可測(cè)擾動(dòng)變化范圍比較小時(shí)，可以用若不可測(cè)擾動(dòng)變化范圍比較小時(shí)，可以用 和用和用 工作點(diǎn)附近的穩(wěn)態(tài)增益代替實(shí)際值。工作點(diǎn)附近的穩(wěn)態(tài)增益代替實(shí)際值。推理控制系統(tǒng))(sGp)(sA)(sB)0(1)(pIGsG)0(/ )0()(ABsE)(sE)(sGI第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems24在穩(wěn)態(tài)下，系統(tǒng)主要輸出和二次輸出為：在穩(wěn)態(tài)下，系統(tǒng)主要輸出和二次輸出為：式中式中 為二次輸出實(shí)

26、際值，為二次輸出實(shí)際值， 為主要輸出的實(shí)際值，為主要輸出的實(shí)際值， 為過(guò)程的不可測(cè)擾動(dòng)實(shí)際值；為過(guò)程的不可測(cè)擾動(dòng)實(shí)際值； ， ， 為為控制通道、擾動(dòng)通道穩(wěn)態(tài)增益，它們可由實(shí)驗(yàn)、機(jī)理分控制通道、擾動(dòng)通道穩(wěn)態(tài)增益，它們可由實(shí)驗(yàn)、機(jī)理分析得到。析得到。 推理控制系統(tǒng))()0()()0()(sDBsMGsYp)()0()()0()(sDAsMGsYpss)(sYs)(sY)(sD)0(Gp)0(A)0(B第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems25 當(dāng)控制通道和擾動(dòng)通道穩(wěn)態(tài)模型準(zhǔn)確時(shí)，即當(dāng)控制通道和擾動(dòng)通道穩(wěn)態(tài)模型準(zhǔn)確時(shí)，即 在穩(wěn)態(tài)情況下，系統(tǒng)

27、的主要輸出能跟蹤設(shè)定值的變化，在穩(wěn)態(tài)情況下，系統(tǒng)的主要輸出能跟蹤設(shè)定值的變化，并能消除不可測(cè)擾動(dòng)的影響。并能消除不可測(cè)擾動(dòng)的影響。 推理控制系統(tǒng))0()0()0()0()0()0()0()0(BBAAGGGGpspspp第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems2610.2.6 推理控制算法解決被控對(duì)象大滯后問(wèn)題推理控制算法解決被控對(duì)象大滯后問(wèn)題 在實(shí)際的工業(yè)控制過(guò)程中，被控對(duì)象往往存在不同程在實(shí)際的工業(yè)控制過(guò)程中，被控對(duì)象往往存在不同程度的純遲延，從而使被控量不能及時(shí)反映系統(tǒng)所受的擾動(dòng)度的純遲延，從而使被控量不能及時(shí)反映系統(tǒng)所受的擾動(dòng)。

28、即使測(cè)量信號(hào)到達(dá)了調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器接受調(diào)節(jié)信號(hào)后立。即使測(cè)量信號(hào)到達(dá)了調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器接受調(diào)節(jié)信號(hào)后立即動(dòng)作，那也需要經(jīng)過(guò)純滯后時(shí)間即動(dòng)作，那也需要經(jīng)過(guò)純滯后時(shí)間 以后才使被控量受到以后才使被控量受到控制?？梢姡@樣的控制系統(tǒng)必然會(huì)使控制過(guò)程產(chǎn)生比較控制。可見，這樣的控制系統(tǒng)必然會(huì)使控制過(guò)程產(chǎn)生比較明顯的超調(diào)量，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定需要較長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間，其控制明顯的超調(diào)量，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定需要較長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間，其控制難度隨著純滯后難度隨著純滯后 與整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程的比例的增加而增加。與整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程的比例的增加而增加。 圖圖(4)為典型大滯后被控對(duì)象的階躍響應(yīng)過(guò)程。為典型大滯后被控對(duì)象的階躍響應(yīng)過(guò)程。推理控制系統(tǒng)第10章

29、ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems27 圖圖(4) (4) 典型大滯后對(duì)象的階躍時(shí)間響應(yīng)曲線典型大滯后對(duì)象的階躍時(shí)間響應(yīng)曲線 第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems28對(duì)象時(shí)間常數(shù)滯后時(shí)間50T當(dāng)系統(tǒng)滯后時(shí)間為當(dāng)系統(tǒng)滯后時(shí)間為 ， 時(shí)，時(shí)， 推理控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的PIDPID會(huì)產(chǎn)生很大的超調(diào)量，因此不能采用會(huì)產(chǎn)生很大的超調(diào)量，因此不能采用PID 控制控制，需要采用其他控制手段。例如補(bǔ)償控制，預(yù)測(cè)控制、自適需要采用其他控制手段。例如補(bǔ)償控制，預(yù)測(cè)控制、自適應(yīng)控制、應(yīng)控制、史密斯預(yù)估

30、補(bǔ)償控制史密斯預(yù)估補(bǔ)償控制等。其中，史密斯預(yù)估補(bǔ)償?shù)?。其中，史密斯預(yù)估補(bǔ)償方法是廣泛應(yīng)用的有效方案之一。其特點(diǎn)是：預(yù)先估計(jì)出方法是廣泛應(yīng)用的有效方案之一。其特點(diǎn)是：預(yù)先估計(jì)出被控過(guò)程在基本擾動(dòng)作用下的動(dòng)態(tài)特性，然后由預(yù)估器進(jìn)被控過(guò)程在基本擾動(dòng)作用下的動(dòng)態(tài)特性，然后由預(yù)估器進(jìn)行補(bǔ)償，使被延遲行補(bǔ)償，使被延遲的被控制量超前反應(yīng)到調(diào)節(jié)器，使其提的被控制量超前反應(yīng)到調(diào)節(jié)器，使其提前產(chǎn)生控制動(dòng)作，從而明顯地減少系統(tǒng)的超調(diào)量，加快調(diào)前產(chǎn)生控制動(dòng)作，從而明顯地減少系統(tǒng)的超調(diào)量，加快調(diào)節(jié)過(guò)程。其原理如圖節(jié)過(guò)程。其原理如圖(5)。第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert

31、 Systems29圖圖(5) 史密斯預(yù)估器補(bǔ)償控制原理史密斯預(yù)估器補(bǔ)償控制原理推理控制系統(tǒng)第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems30 推理控制系統(tǒng))(sGp)1)(sesGp（ sD sD sD圖圖(5)中，中， 是被控對(duì)象除去純延時(shí)后的傳遞函數(shù)；是被控對(duì)象除去純延時(shí)后的傳遞函數(shù)；是史密斯預(yù)估器的傳遞函數(shù)，是史密斯預(yù)估器的傳遞函數(shù)，它和調(diào)節(jié)器它和調(diào)節(jié)器 一起構(gòu)成純滯一起構(gòu)成純滯后補(bǔ)償器后補(bǔ)償器由圖由圖(5)可以得到可以得到 的傳遞函數(shù)：的傳遞函數(shù)： )1)(1sesGpsDsDsD系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為： ses

32、GpsDsGpsDsD)(1第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems31 推理控制系統(tǒng)se ty由上式看出，已經(jīng)消除了純滯后對(duì)系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響由上式看出，已經(jīng)消除了純滯后對(duì)系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響（閉環(huán)傳遞函數(shù)分母已經(jīng)不包含之后因子（閉環(huán)傳遞函數(shù)分母已經(jīng)不包含之后因子 ）。但是，）。但是，分子上的分子上的 說(shuō)明被調(diào)量說(shuō)明被調(diào)量 的響應(yīng)還是比設(shè)定遲延的響應(yīng)還是比設(shè)定遲延 時(shí)時(shí)間間。 而在輸出可測(cè)而擾動(dòng)不可測(cè)的情況下，推理控制系統(tǒng)而在輸出可測(cè)而擾動(dòng)不可測(cè)的情況下，推理控制系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化為圖可以簡(jiǎn)化為圖(6)所示的結(jié)構(gòu)。此時(shí)，由于輸出可測(cè)，因此所示

33、的結(jié)構(gòu)。此時(shí)，由于輸出可測(cè)，因此不需要估計(jì)器和二次輸出，僅需要一個(gè)估計(jì)模型，如圖不需要估計(jì)器和二次輸出，僅需要一個(gè)估計(jì)模型，如圖(6)所示。所示。se第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems32 推理控制系統(tǒng)圖圖(6) 輸出可測(cè)條件下的推理控制輸出可測(cè)條件下的推理控制第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems33 推理控制系統(tǒng)從圖從圖(6)中可以得出，系統(tǒng)的輸出：中可以得出，系統(tǒng)的輸出： )()()(1)()(1)()()()(1)()(1)()(1)()(sDspGsGsGpsG

34、sBsRspGsGsGpsGspGsGsGpsGsYIIIIII)()()(sGsGsGpFI)(sGF)(sGp)(sGp)()()(1 )()()(sDsBsGsRsGsYFF控制器控制器，濾波器，濾波器的設(shè)計(jì)同上。當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)同上。當(dāng)時(shí)，時(shí)，即在模型準(zhǔn)確的情況下，輸出響應(yīng)與輸出不可測(cè)情況下的即在模型準(zhǔn)確的情況下，輸出響應(yīng)與輸出不可測(cè)情況下的推理控制一樣。推理控制一樣。 對(duì)于具有很大時(shí)間遲延的過(guò)程，上面介紹的推理控制對(duì)于具有很大時(shí)間遲延的過(guò)程，上面介紹的推理控制也是一種很有效的控制算法。從這個(gè)角度看，可以把它看也是一種很有效的控制算法。從這個(gè)角度看，可以把它看成是史密斯補(bǔ)償控制的一種替代控制方

35、法。成是史密斯補(bǔ)償控制的一種替代控制方法。第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems34 推理控制系統(tǒng) 為便于比較，將史密斯補(bǔ)償控制機(jī)構(gòu)框圖重新安排，為便于比較，將史密斯補(bǔ)償控制機(jī)構(gòu)框圖重新安排，如圖如圖(7)所示：所示：圖圖(7) 重新安排的史密斯補(bǔ)償控制器重新安排的史密斯補(bǔ)償控制器第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems35推理控制系統(tǒng))(spG圖中，在過(guò)程模型圖中，在過(guò)程模型 中，中， 與常規(guī)比例積分微分與常規(guī)比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)器）調(diào)節(jié)器 構(gòu)成一個(gè)等效控制器構(gòu)成一個(gè)等

36、效控制器 。當(dāng)?shù)脑鲆妗．?dāng)?shù)脑鲆孚呌谮呌?無(wú)窮大時(shí)，等效控制器無(wú)窮大時(shí)，等效控制器 。 圖圖7所示的推理控制系統(tǒng)中，推理控制器設(shè)計(jì)為所示的推理控制系統(tǒng)中，推理控制器設(shè)計(jì)為sespG)()(sGc)(sGEQ)(sGc)()(1EQsGsGpnFpIsTsGsG1)()(10FT)()(1sGsGpI0FT當(dāng)濾波器時(shí)間常數(shù)當(dāng)濾波器時(shí)間常數(shù) ， 。這就是說(shuō)，當(dāng)。這就是說(shuō)，當(dāng) 時(shí)，時(shí)，推理控制系統(tǒng)與調(diào)節(jié)器增益為無(wú)窮大時(shí)的史密斯補(bǔ)償控制系推理控制系統(tǒng)與調(diào)節(jié)器增益為無(wú)窮大時(shí)的史密斯補(bǔ)償控制系統(tǒng)完全等效。統(tǒng)完全等效。但是，當(dāng)過(guò)程為高階對(duì)象時(shí)，對(duì)史密斯補(bǔ)償控但是，當(dāng)過(guò)程為高階對(duì)象時(shí)，對(duì)史密斯補(bǔ)償控制來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)

37、的增益制來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的增益 不允許取得很大。而對(duì)推理控制來(lái)不允許取得很大。而對(duì)推理控制來(lái)說(shuō)，說(shuō)， 也不允許取為也不允許取為0。 )(sGcFT第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems36 推理控制系統(tǒng) 因而，因而， 只能作為一個(gè)理想的控制器存在，只能作為一個(gè)理想的控制器存在，實(shí)際的實(shí)際的 和和 的性能均不可能超越它。但在實(shí)際使的性能均不可能超越它。但在實(shí)際使用時(shí)，用時(shí)， 和和 具有大致相同的性能。具有大致相同的性能。 同時(shí)，對(duì)于負(fù)特性，甚至包含不穩(wěn)定環(huán)節(jié)的被控過(guò)程，同時(shí)，對(duì)于負(fù)特性，甚至包含不穩(wěn)定環(huán)節(jié)的被控過(guò)程，圖圖(6)所示的系統(tǒng)也是有

38、效的，而且它同時(shí)兼有傳統(tǒng)所示的系統(tǒng)也是有效的，而且它同時(shí)兼有傳統(tǒng)PID控控制系統(tǒng)、前饋反饋控制系統(tǒng)和史密斯補(bǔ)償控制系統(tǒng)的功制系統(tǒng)、前饋反饋控制系統(tǒng)和史密斯補(bǔ)償控制系統(tǒng)的功能，并且可調(diào)參數(shù)少，系統(tǒng)的實(shí)用價(jià)值很大。能，并且可調(diào)參數(shù)少，系統(tǒng)的實(shí)用價(jià)值很大。 )()(1sGsGpI)(sGI)(EQsG)(sGI)(EQsG第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems37 10.310.3自適應(yīng)推理控制系統(tǒng)自適應(yīng)推理控制系統(tǒng) 由于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的復(fù)雜性和干擾的多樣性，往由于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的復(fù)雜性和干擾的多樣性，往往無(wú)法建立其精確的二次輸出變量和

39、主要輸出變量模型往無(wú)法建立其精確的二次輸出變量和主要輸出變量模型,特別是在工業(yè)過(guò)程內(nèi)部存在參數(shù)漂移時(shí)，僅僅利用推理控特別是在工業(yè)過(guò)程內(nèi)部存在參數(shù)漂移時(shí)，僅僅利用推理控制很難得到預(yù)期的效果，這時(shí)就必須采用自適應(yīng)控制的原制很難得到預(yù)期的效果，這時(shí)就必須采用自適應(yīng)控制的原理對(duì)推理估計(jì)器模型和推理控制器模型的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)理對(duì)推理估計(jì)器模型和推理控制器模型的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，這就是整，這就是自適應(yīng)推理控制自適應(yīng)推理控制。 圖圖(8)為自適應(yīng)推理控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，它是在推理控為自適應(yīng)推理控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，它是在推理控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了自適應(yīng)機(jī)構(gòu)。制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了自適應(yīng)機(jī)構(gòu)。第10章 ES的推理控制In

40、ferential Control of Expert Systems38自適應(yīng)推理控制系統(tǒng) 圖圖(8) 自適應(yīng)推理控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖自適應(yīng)推理控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems39 自適應(yīng)推理控制系統(tǒng) 自適應(yīng)機(jī)構(gòu)根據(jù)二次輸出、控制量輸入和主要變量輸自適應(yīng)機(jī)構(gòu)根據(jù)二次輸出、控制量輸入和主要變量輸出出(由于不能實(shí)時(shí)測(cè)量，相當(dāng)有延時(shí)由于不能實(shí)時(shí)測(cè)量，相當(dāng)有延時(shí))，實(shí)時(shí)或定期或當(dāng)推理，實(shí)時(shí)或定期或當(dāng)推理控制精度不符合要求時(shí)重新估計(jì)推理估計(jì)器的參數(shù)和修正控制精度不符合要求時(shí)重新估計(jì)推理估計(jì)器的參數(shù)和修正控制器的參數(shù)，使得對(duì)主要輸

41、出變量的控制滿足要求，采控制器的參數(shù)，使得對(duì)主要輸出變量的控制滿足要求，采用不同的建模方法和參數(shù)估計(jì)方法就組成不同的自適應(yīng)方用不同的建模方法和參數(shù)估計(jì)方法就組成不同的自適應(yīng)方法。法。 下面給出自適應(yīng)推理控制系統(tǒng)應(yīng)用于造紙產(chǎn)業(yè)的實(shí)例。下面給出自適應(yīng)推理控制系統(tǒng)應(yīng)用于造紙產(chǎn)業(yè)的實(shí)例。 造紙產(chǎn)業(yè)是僅次于電子信息和汽車產(chǎn)業(yè)的世界第三大造紙產(chǎn)業(yè)是僅次于電子信息和汽車產(chǎn)業(yè)的世界第三大產(chǎn)業(yè)。制漿是造紙行業(yè)的重要組成部分，制漿的蒸煮過(guò)程產(chǎn)業(yè)。制漿是造紙行業(yè)的重要組成部分，制漿的蒸煮過(guò)程是一個(gè)十分復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，是制漿過(guò)程的重要環(huán)節(jié)。是一個(gè)十分復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，是制漿過(guò)程的重要環(huán)節(jié)。 )(sGI)(EQs

42、G第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems40 自適應(yīng)推理控制系統(tǒng) 我國(guó)造紙企業(yè)的蒸煮過(guò)程的自動(dòng)控制水平相當(dāng)?shù)?，普我?guó)造紙企業(yè)的蒸煮過(guò)程的自動(dòng)控制水平相當(dāng)?shù)停毡榇嬖谡糁蟠譂{質(zhì)量波動(dòng)大、粗漿得率低、能耗和化學(xué)品遍存在蒸煮粗漿質(zhì)量波動(dòng)大、粗漿得率低、能耗和化學(xué)品消耗高等問(wèn)題。采用先進(jìn)的控制方法和手段對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)消耗高等問(wèn)題。采用先進(jìn)的控制方法和手段對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行控制是投資少、見效快、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少污染和生行控制是投資少、見效快、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少污染和生產(chǎn)事故、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度的有效方法。產(chǎn)事故、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度的有效方法。 紙漿的紙

43、漿的Kappa 值是紙漿的重要質(zhì)量指標(biāo)，蒸煮終點(diǎn)的值是紙漿的重要質(zhì)量指標(biāo)，蒸煮終點(diǎn)的Kappa 值直接影響后續(xù)洗滌、篩選、漂白工序以及成紙的值直接影響后續(xù)洗滌、篩選、漂白工序以及成紙的質(zhì)量。但是，至今尚未開發(fā)出可靠的蒸煮過(guò)程在線測(cè)量紙質(zhì)量。但是，至今尚未開發(fā)出可靠的蒸煮過(guò)程在線測(cè)量紙漿漿Kappa 值的儀表，紙漿值的儀表，紙漿Kappa 值的測(cè)量只能在蒸煮過(guò)程值的測(cè)量只能在蒸煮過(guò)程完成后取樣，而后才能在化驗(yàn)室進(jìn)行相應(yīng)測(cè)量，一般需要完成后取樣，而后才能在化驗(yàn)室進(jìn)行相應(yīng)測(cè)量，一般需要大約半個(gè)多小時(shí)。大約半個(gè)多小時(shí)。 第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert

44、 Systems41 自適應(yīng)推理控制系統(tǒng) 因此，尋找與紙漿因此，尋找與紙漿Kappa 值密切相關(guān)的量為輔助變量，值密切相關(guān)的量為輔助變量，通過(guò)對(duì)輔助變量的測(cè)量和控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)通過(guò)對(duì)輔助變量的測(cè)量和控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)Kappa 值的測(cè)量和值的測(cè)量和控制，同時(shí)考慮實(shí)際蒸煮過(guò)程的時(shí)變性、干擾的復(fù)雜性和控制，同時(shí)考慮實(shí)際蒸煮過(guò)程的時(shí)變性、干擾的復(fù)雜性和建模的誤差，采用自適應(yīng)的方法更新模型參數(shù)，即采用自建模的誤差，采用自適應(yīng)的方法更新模型參數(shù)，即采用自適應(yīng)推理控制方法將是提高適應(yīng)推理控制方法將是提高Kappa 值控制精度的有效方法。值控制精度的有效方法。在進(jìn)行自適應(yīng)推理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要選取輔助變量，在進(jìn)行

45、自適應(yīng)推理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要選取輔助變量，建立推理估計(jì)模型。其次，由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)干擾較大，人工建立推理估計(jì)模型。其次，由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)干擾較大，人工測(cè)量有誤差，經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理后也無(wú)法消除所有的誤差。因測(cè)量有誤差，經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理后也無(wú)法消除所有的誤差。因此，估計(jì)模型的參數(shù)自適應(yīng)方法可采用有限記憶此，估計(jì)模型的參數(shù)自適應(yīng)方法可采用有限記憶(具有移動(dòng)具有移動(dòng)窗窗) 的最小二乘法算法。該算法簡(jiǎn)單，魯棒性好。這樣就可的最小二乘法算法。該算法簡(jiǎn)單，魯棒性好。這樣就可以得出制漿蒸煮過(guò)程的自適應(yīng)推理控制結(jié)構(gòu)。以得出制漿蒸煮過(guò)程的自適應(yīng)推理控制結(jié)構(gòu)。第10章 ES的推理控制Inferential Control of

46、 Expert Systems42 本例介紹一種推理控制的交流穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)及本例介紹一種推理控制的交流穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)及工作原理，并對(duì)該電源的抗干擾性能進(jìn)行分析。通過(guò)分析工作原理，并對(duì)該電源的抗干擾性能進(jìn)行分析。通過(guò)分析可以看出：由于系統(tǒng)采用了推理控制技術(shù)，使得該電源的可以看出：由于系統(tǒng)采用了推理控制技術(shù)，使得該電源的抗干擾性能明顯優(yōu)于一般穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源。抗干擾性能明顯優(yōu)于一般穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源。 1）推理控制的）推理控制的CVCF電源的硬件構(gòu)成電源的硬件構(gòu)成 推理控制的推理控制的CVCF電源系統(tǒng)構(gòu)成如圖電源系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，控制電所示，控制電路如圖路如圖2所示。所示。 （1）系統(tǒng)采用）系統(tǒng)

47、采用 Intel8031 作為作為 CPU，外擴(kuò)，外擴(kuò)8KEPROM2764，用于存放監(jiān)控程序、推理控制、鍵控及，用于存放監(jiān)控程序、推理控制、鍵控及顯示程序。顯示程序。 10.4 10.4 推理控制的推理控制的CVCFCVCF交流電源交流電源第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems43推理控制的推理控制的CVCFCVCF交流電源交流電源 第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems44第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems4

48、5 （2 2）擴(kuò)展一片）擴(kuò)展一片DAC0832DAC0832，以便輸出階梯正弦波，其片選，以便輸出階梯正弦波，其片選信號(hào)信號(hào)CSCS接接74LS13874LS138的的Y0Y0口，選通地址為口，選通地址為1FFFH1FFFH。 DAC0832DAC0832按單緩沖工作方式，使輸入寄存器處于鎖存狀按單緩沖工作方式，使輸入寄存器處于鎖存狀態(tài)，態(tài)，ILEILE接接5V5V，WR1WR1接接CPUCPU的寫信號(hào)的寫信號(hào)WRWR，DACDAC寄存器處于不寄存器處于不鎖存狀態(tài)，所以將鎖存狀態(tài)，所以將WR2WR2和和XFERXFER直接接地，直接接地，DAC0832DAC0832接成單極接成單極性輸出，參考

49、電壓為性輸出，參考電壓為5V5V，輸出，輸出0 05V5V的電壓。的電壓。 （3 3）擴(kuò)展一片）擴(kuò)展一片ADC0809ADC0809，實(shí)現(xiàn)對(duì)整流后的直流電壓進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)整流后的直流電壓進(jìn)行采樣的功能，采樣的功能，80318031的的WRWR和和74LS13874LS138的的Y1Y1口經(jīng)一個(gè)或非門接口經(jīng)一個(gè)或非門接ADC0809ADC0809的的STARSTAR和和ALEALE端，來(lái)控制端，來(lái)控制ADC0809ADC0809的啟動(dòng)和地址鎖存。的啟動(dòng)和地址鎖存。 （4 4）80318031的的RDRD和和74LS13874LS138的的1 1口經(jīng)或非門接口經(jīng)或非門接ADC0809ADC0809的

50、的OEOE端，控制信號(hào)的輸出。端，控制信號(hào)的輸出。 推理控制的推理控制的CVCFCVCF交流電源交流電源 第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems46 ADC0809 ADC0809的的CLKCLK由由80318031的的ALEALE上信號(hào)經(jīng)過(guò)上信號(hào)經(jīng)過(guò)2 2分頻以后提供，分頻以后提供，EOCEOC經(jīng)反向器作經(jīng)反向器作80318031的的INT1INT1中斷請(qǐng)求輸入線，要求中斷請(qǐng)求輸入線，要求CPUCPU從從P0P0上讀取上讀取A/DA/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。ADC0809ADC0809的的IN0IN0和采樣保持器和采樣保持

51、器LF198LF198的輸出端相連，故的輸出端相連，故IN0IN0上輸入的上輸入的0 015V15V范圍的模擬電范圍的模擬電壓經(jīng)壓經(jīng)A/DA/D轉(zhuǎn)換后，可由轉(zhuǎn)換后，可由80318031通過(guò)程序從通過(guò)程序從P0P0口輸入到內(nèi)部口輸入到內(nèi)部RAMRAM單元。單元。 （5 5）擴(kuò)展一片）擴(kuò)展一片82798279，作為擴(kuò)展的，作為擴(kuò)展的I/OI/O口，接口，接8 8個(gè)個(gè)LEDLED，以，以完成顯示目標(biāo)頻率、目標(biāo)電壓和反饋電壓的功能。完成顯示目標(biāo)頻率、目標(biāo)電壓和反饋電壓的功能。8 8個(gè)個(gè)LEDLED接成共陽(yáng)極。接成共陽(yáng)極。82798279和和80318031的連接無(wú)特殊要求，除數(shù)據(jù)線的連接無(wú)特殊要求，除

52、數(shù)據(jù)線P0P0口、口、WRWR、RDRD可直接連接外，可直接連接外，CSCS由由74LS13874LS138的的Y2Y2口進(jìn)行片選。口進(jìn)行片選。 推理控制的推理控制的CVCFCVCF交流電源交流電源 第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems47 時(shí)鐘由時(shí)鐘由ALEALE提供，提供，A0A0接接80318031的的P2.0P2.0口，中斷請(qǐng)求口，中斷請(qǐng)求IRQIRQ經(jīng)經(jīng)反向器與反向器與80318031的的INT0INT0相連。相連。 82798279同時(shí)擴(kuò)展鍵盤的接口，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行、停止、清零、同時(shí)擴(kuò)展鍵盤的接口，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行、停止、清零、復(fù)位功

53、能鍵的控制。規(guī)定掃描線（復(fù)位功能鍵的控制。規(guī)定掃描線（SL0SL0SL1SL1）為列線，在）為列線，在此以連接此以連接74LS13874LS138的輸出的輸出T0T0和和T1T1為列線，實(shí)現(xiàn)為列線，實(shí)現(xiàn)2 28 8的鍵盤的鍵盤功能?；貜?fù)線（功能?；貜?fù)線（RL0RL0RL7RL7）為行線。）為行線。 由由80318031的的P2.5P2.5、P2.6P2.6、P2.7P2.7口經(jīng)口經(jīng)74LS13874LS138進(jìn)行地址譯進(jìn)行地址譯碼，各擴(kuò)展芯片的地址由此確定。碼，各擴(kuò)展芯片的地址由此確定。 推理控制的推理控制的CVCFCVCF交流電源交流電源 第10章 ES的推理控制Inferential Co

54、ntrol of Expert Systems48 2 2）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 應(yīng)用軟件分為四大部分：振蕩部分、采樣部分、調(diào)應(yīng)用軟件分為四大部分：振蕩部分、采樣部分、調(diào)幅部分、通信部分。幅部分、通信部分。 為了防止嚴(yán)重干擾時(shí)為了防止嚴(yán)重干擾時(shí)“飛飛”程序，在每個(gè)程序之間程序，在每個(gè)程序之間安放軟陷阱，即在各個(gè)子程序之間放入幾條安放軟陷阱，即在各個(gè)子程序之間放入幾條NOPNOP指令。指令。這樣，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)可強(qiáng)制程序從頭執(zhí)行。這樣，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)可強(qiáng)制程序從頭執(zhí)行。 在軟件設(shè)計(jì)中采用模塊化子程序結(jié)構(gòu)，其主程序和在軟件設(shè)計(jì)中采用模塊化子程序結(jié)構(gòu)，其主程序和推理控制子程序的流程結(jié)構(gòu)見圖推理控制子程

55、序的流程結(jié)構(gòu)見圖3 3。推理控制的推理控制的CVCFCVCF交流電源交流電源 第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems49第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems50 （1）振蕩器子程序）振蕩器子程序 該程序模塊要求得到一個(gè)頻率可調(diào)的高頻率穩(wěn)定度的該程序模塊要求得到一個(gè)頻率可調(diào)的高頻率穩(wěn)定度的階梯正弦波。要求頻率可調(diào)范圍為階梯正弦波。要求頻率可調(diào)范圍為45Hz65Hz，精度要，精度要求為求為0.1Hz。 在振蕩程序中，采用在振蕩程序中，采用8031的的T1定時(shí)方法，因?yàn)槎〞r(shí)方法，

56、因?yàn)門1工作工作方式不占用方式不占用CPU時(shí)間。在整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行期間，振蕩部分時(shí)間。在整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行期間，振蕩部分的定時(shí)是自始至終的，故采用的定時(shí)是自始至終的，故采用T1定時(shí)方式定時(shí)方式2（可以自動(dòng)重（可以自動(dòng)重新裝入的新裝入的8位定時(shí)器位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器）進(jìn)行定時(shí)，在不占用計(jì)數(shù)器）進(jìn)行定時(shí)，在不占用CPU的的時(shí)間里，時(shí)間里，CPU可以處理其它程序和任務(wù)。可以處理其它程序和任務(wù)。 推理控制的推理控制的CVCFCVCF交流電源交流電源 第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems51 將一個(gè)正弦波周期分為正半周和負(fù)半周兩部分，半波將一個(gè)正弦波周

57、期分為正半周和負(fù)半周兩部分，半波時(shí)間為時(shí)間為1/（2f），將這半波時(shí)間分成），將這半波時(shí)間分成90份，則定時(shí)時(shí)間為份，則定時(shí)時(shí)間為t=1/（180f）,代入代入T=28tfo/12的的T1初值計(jì)算公式初值計(jì)算公式(式中式中fo為晶振頻率為晶振頻率)，得出定時(shí)時(shí)間常數(shù)，可將，得出定時(shí)時(shí)間常數(shù)，可將45Hz65Hz的的定時(shí)時(shí)間都算出來(lái)并列成表格（如表定時(shí)時(shí)間都算出來(lái)并列成表格（如表1所示），設(shè)置一個(gè)查所示），設(shè)置一個(gè)查表程序，在輸出不同頻率時(shí)從表上調(diào)取不同的表程序，在輸出不同頻率時(shí)從表上調(diào)取不同的T值。值。 推理控制的推理控制的CVCFCVCF交流電源交流電源 第10章 ES的推理控制Infere

58、ntial Control of Expert Systems52頻率時(shí)間常數(shù)頻率時(shí)間常數(shù)45HzT=C2H56HzT=CEH46HzT=C3H57HzT=CDH47HzT=C5H58HzT=D0H48HzT=C6H59HzT=D0H49HzT=C7H60HzT=D1H50HzT=C8H61HzT=D2H51HzT=C9H62HzT=D3H52HzT=CAH63HzT=D3H53HzT=CBH64HzT=D4H54HzT=CCH65HzT=D5H55HzT=CDh表表1 1 頻率與頻率與定時(shí)時(shí)間常數(shù)表定時(shí)時(shí)間常數(shù)表第10章 ES的推理控制Inferential Control of Exper

59、t Systems53 DAC0832 DAC0832輸出正弦波，正弦波的產(chǎn)生也是通過(guò)查表得輸出正弦波，正弦波的產(chǎn)生也是通過(guò)查表得到，將半波分成到，將半波分成9090份，即每份，即每2 2度為一個(gè)階梯，用度為一個(gè)階梯，用MATLABMATLAB編編一小程序?qū)⑺钄?shù)列成表格，每隔時(shí)間一小程序?qū)⑺钄?shù)列成表格，每隔時(shí)間t t查表一次，當(dāng)查查表一次，當(dāng)查表表9090次后，通過(guò)次后，通過(guò)DAC0832DAC0832的輸出可得出一個(gè)半波，再通過(guò)的輸出可得出一個(gè)半波，再通過(guò)反向器疊加后得一正弦波。各階梯值對(duì)應(yīng)的角度、輸出電反向器疊加后得一正弦波。各階梯值對(duì)應(yīng)的角度、輸出電壓及輸入數(shù)字量如表壓及輸入數(shù)字量如

60、表2 2所示。所示。推理控制的推理控制的CVCFCVCF交流電源交流電源 第10章 ES的推理控制Inferential Control of Expert Systems54UDECHEXUDECHEX00.078000H461.797925CH20.078404H481.856955FH40.176909H501.9149862H60.254130Dh521.97310165H80.3521812H542.03110468H100.4302216H562.0701066AH120.527271Bh582.1291096DH140.606311FH602.1681116FH160.68435