化工儀表及自動化厲玉鳴第三版第14章高級控制系統(tǒng)課件

化工儀表及自動化第十四章高級控制系統(tǒng)

內(nèi)容提要自適應(yīng)控制系統(tǒng)參考模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)具有被控對象數(shù)學(xué)模型在線辨識的自適應(yīng)控制系統(tǒng)預(yù)測控制智能控制系統(tǒng)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制1內(nèi)容提要模糊控制系統(tǒng)最優(yōu)控制系統(tǒng)控制管理一體化2第一節(jié)自適應(yīng)控制系統(tǒng)自適應(yīng)控制是針對不確定性的系統(tǒng)而提出的。分類對于自適應(yīng)控制系統(tǒng)來說，根據(jù)不確定性的不同情況，主要有兩種類型:確定性自適應(yīng)控制系統(tǒng)隨機自適應(yīng)控制系統(tǒng)4第一節(jié)自適應(yīng)控制系統(tǒng)5圖14-1參考模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)方塊圖一、參考模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)該類自適應(yīng)控制系統(tǒng)實際上是在原來的反饋控制基礎(chǔ)上附加一個參考模型和一個控制器參數(shù)的自動調(diào)整回路。

設(shè)計這類自適應(yīng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵問題是如何綜合自適應(yīng)律。目前綜合自適應(yīng)律有兩種方法,一種為參數(shù)最優(yōu)化的綜合方法；另一種是基于穩(wěn)定理論的綜合方法。第一節(jié)自適應(yīng)控制系統(tǒng)二、具有被控對象數(shù)學(xué)模型在線辨識的自適應(yīng)控制系統(tǒng)通過在線辨識獲取對象的數(shù)學(xué)模型,然后由控制器對系統(tǒng)進(jìn)行控制。被控過程控制器辨識器ω(K)υ(K)c(K)r(K)u(K)θ(K)∧x(K)∧+++-○○圖14-2具有在線辨識的自適應(yīng)控制系統(tǒng)圖14-2中的辨識器和控制器實質(zhì)上都是一些遞推計算公式。6第三節(jié)智能控制系統(tǒng)8

智能控制系統(tǒng)是將人工智能與自動控制學(xué)科結(jié)合起來的一種控制系統(tǒng)。它將一些定性的、敘述性的、法則性的知識表述與處理方法應(yīng)用于自動控制,或者與現(xiàn)有的控制規(guī)律結(jié)合起來。專家系統(tǒng)

是人工智能的一個重要分支，是一個(或一組)能在某特定領(lǐng)域內(nèi)，以人類專家水平去解決該領(lǐng)域中困難問題的計算機程序。第三節(jié)智能控制系統(tǒng)專家系統(tǒng)的作用作為理論研究的工具推動了人工智能的發(fā)展；作為一種實用工具為人類提供了保存、傳播、利用和評價知識的有效手段。影響專家系統(tǒng)的因素主要取決于它所擁有知識的數(shù)量與質(zhì)量。

9第三節(jié)智能控制系統(tǒng)人機接口推理機解釋程序知識獲取程序綜合數(shù)據(jù)庫知識庫用戶專家圖14-4專家系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)10第三節(jié)智能控制系統(tǒng)專家系統(tǒng)的知識庫集總了根據(jù)工藝規(guī)范、操作經(jīng)驗等制定的調(diào)整受控過程輸出變量達(dá)到最佳范圍的一系列控制策略。專家系統(tǒng)在知識庫的基礎(chǔ)上,通過推理求解出相應(yīng)的控制策略。這些控制策略提供了控制單元中相關(guān)工藝變量的給定值。

智能控制可以置于基層控制、優(yōu)化控制、甚至經(jīng)營管理的不同層次。12第四節(jié)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制13

神經(jīng)元之間以一定的連接方式進(jìn)行信息的互相傳遞，構(gòu)成生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)就是利用物理器件來模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的某些結(jié)構(gòu)和功能。圖14-6人工神經(jīng)元模型第四節(jié)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制14輸入xi與輸出y的關(guān)系人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定義按一定方式連接而成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)上分類前饋型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與反饋型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)機理方面加以模擬。模擬方式是從功能上加以模擬。模擬方法第五節(jié)模糊控制系統(tǒng)模糊控制系統(tǒng)實質(zhì)上是通過模糊控制器來代替人們用自然語言描述的控制活動。e模糊化模糊算法器模糊判決受控過程d/dt給定值模糊控制器輸出yee'-○圖14-7模糊控制系統(tǒng)方塊圖16第五節(jié)模糊控制系統(tǒng)模糊控制器包括三個部分模糊化模糊算法器模糊判決為什么模糊控制的效果有時反而會優(yōu)于一般的比例微分控制呢?17第六節(jié)最優(yōu)控制系統(tǒng)要想使最優(yōu)控制系統(tǒng)的設(shè)計和運行獲得成功,必須解決好三個關(guān)鍵的問題：目標(biāo)函數(shù)的確定數(shù)學(xué)模型的建立和更新優(yōu)化技術(shù)的選定18第六節(jié)最優(yōu)控制系統(tǒng)根據(jù)操作優(yōu)化控制的做法不同,大致有三種情況:1.一次性調(diào)優(yōu)操作優(yōu)化控制的目標(biāo)函數(shù)一般可以表示為(14-1)一次性調(diào)優(yōu)就是在工作和環(huán)境條件基本不變的情況下，通過一個階段收集生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)、分析、仿真、計算等工作，求出各工藝變量的最優(yōu)工作點，作為相應(yīng)的各控制器的給定值。20第六節(jié)最優(yōu)控制系統(tǒng)2.開環(huán)的操作優(yōu)化指導(dǎo)對于工作和環(huán)境條件不斷變化，目標(biāo)函數(shù)關(guān)系比較復(fù)雜的情況，需要用計算機根據(jù)測得的工作和環(huán)境條件數(shù)據(jù)進(jìn)行計算,并給出各工藝變量的給定值來指導(dǎo)操作。測量和計算都是在線進(jìn)行的,但是對給定值的調(diào)整卻是離線的,即必須由操作人員來進(jìn)行,監(jiān)督控制沒有構(gòu)成閉環(huán)形式。這時數(shù)學(xué)模型不十分精確,優(yōu)化計算不十分可靠的情況下,使用這種開環(huán)指導(dǎo)的形式是比較安全的。

21第六節(jié)最優(yōu)控制系統(tǒng)3.閉環(huán)的操作優(yōu)化控制