智能PID算法在遠程液位控制系統(tǒng)中的應用(完整版)實用資料

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智能PID算法在遠程液位控制系統(tǒng)中的應用智能PID算法在遠程液位控制系統(tǒng)中的應用（完整版）實用資料(可以直接使用，可編輯完整版實用資料，歡迎下載）摘要：本文介紹了利用可編程序控制器（PLC）實現(xiàn)的遠程液位自動控制系統(tǒng)，詳細論述了智能PID算法的控制規(guī)則，給出了由PLC完成其控制策略的硬件配置和軟件實現(xiàn)方法。

Abstract：ThispaperpresentsaremotefluidlevelcontrolsystemonbaseofPLC.ThecontrolruleofintelligentPIDalgorithmisdiscussedindetail,andthehardwareconfigurationaswellasthesoftwarerealizationperformedbyPLCisproposed.關(guān)鍵詞：智能PID控制規(guī)則PLC遠程液位控制Keywords：IntelligentPIDControlrulePLCRemotefluidlevelcontrol1、引言在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，目前采用最多的控制方式依然是PID控制。即使在美國、日本等工業(yè)發(fā)達國家，PID控制的使用率仍達90%，可見PID控制在工業(yè)過程控制中占有異常重要的地位。PID控制技術(shù)經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展，從模擬PID控制發(fā)展到數(shù)字PID控制，技術(shù)不斷完善與成熟。尤其近十多年來，隨著微處理技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外對智能控制的理論研究和應用研究十分活躍，智能控制技術(shù)發(fā)展迅速，如專家控制、自適應控制、模糊控制等，現(xiàn)已成為工業(yè)過程控制的重要組成部分。智能控制與常規(guī)PID控制相結(jié)合，形成所謂智能PID控制，這種新型的控制方式已引起人們的普遍關(guān)注和極大興趣，并已得到較為廣泛的應用。本文介紹了一種應用于遠程液位控制的智能PID控制算法，它有不依賴于系統(tǒng)控制對象精確模型的特點，有較好的魯棒性。2、控制對象及特征某建材企業(yè)的生產(chǎn)用水以河水為水源，簡單凈化后經(jīng)加壓泵站輸送到屋頂水池，然后由屋頂水池經(jīng)自然落差送往生產(chǎn)車間。加壓泵采用變頻控制。系統(tǒng)框圖如圖1所示。為保證水池的水位維持在設(shè)定的位置，使加壓泵輸送到水池的水量與車間的用水量相一致，達到節(jié)電節(jié)水的目的，就必須根據(jù)用水量的變化及時調(diào)節(jié)加壓泵的轉(zhuǎn)速（即出水量）。然而由于屋頂水池與加壓泵站的距離較遠，從加壓泵站給水量的增減到屋頂水池水位的變化，需經(jīng)過長距離的輸送管道，受管網(wǎng)壓力、流量的影響，系統(tǒng)慣性大，滯后時間長，用常規(guī)的PID控制方式系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，水位大范圍波動不定。針對上述特征，采用可編程控制器實現(xiàn)的智能PID控制方案較好地解決了這一問題。3、常規(guī)的PID控制通常閉環(huán)控制系統(tǒng)由控制器、執(zhí)行部件、被控對象以及反饋檢測元件幾部分組成。原理框圖如圖2所示。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，控制器是系統(tǒng)的核心，其控制算法決定了系統(tǒng)的控制特性和控制效果?？刂破髯畛Ｓ玫目刂埔?guī)律是PID控制。PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值r（t）與實際輸出值c（t）構(gòu)成控制偏差e（t）（e（t）=r（t）-c（t）），將偏差e（t）的比例（P）、積分（I）和微分（D）通過線性組合構(gòu)成控制量，對被控制對象進行控制，故稱為PID控制器。4、智能PID控制算法4.1典型的二階系統(tǒng)分析典型的二階系統(tǒng)單位階躍響應誤差曲線如圖3所示。在圖3中Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ……區(qū)域，誤差朝絕對值減小的方向變化，此時可實施較弱的控制作用或保持等待。在Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅷ……區(qū)域，誤差朝絕對值增大的方向變化，此時可根據(jù)誤差的大小分別實施較強的或一般的控制作用。對于典型二階系統(tǒng)階躍響應過程分析如下。設(shè)e（k）表示離散化的當前采樣時刻的誤差值，e（k-1）、e（k-2）分別表示前一個和前二個采樣時刻的誤差值，則有：△e（k）=e（k）-e（k-1）△e（k-1）=e（k-1）-e（k-2）（4—1）（1）當|e（k）|≥emax時，說明誤差的絕對值很大，此時不論誤差的變化趨勢如何，都應考慮控制器按最大（或最?。┹敵?，以迅速調(diào)整誤差。即：u（k）=umax當e（k）>0時u（k）=umin當e（k）<0時（4—2）（2）當e（k）·△e（k）>0時，說明誤差在朝絕對值增大的方向變化，此時如果emid≤|e（k）|

u（k）=u（k-1）+k1·△u（k）（4—3）如果emin≤|e（k）|

u（k）=u（k-1）+△u（k）（4—4）（3）當e（k）·△e（k）<0時，說明誤差在朝絕對值減小的方向變化，此時如果emid≤|e（k）|

u（k）=u（k-1）+△u（k）（4—5）如果emin≤|e（k）|

u（k）=u（k-1）+k2·△u（k）（4—6）（4）當|e（k）|

u（k）=u（k-1）

（4—7）以上式中：umax—控制器輸出最大值;umin—控制器輸出最小值;u（k-1）—第（k-1）次控制器輸出;△u（k）—Kp[e（k）-e（k-1）]+Ki·e（k）+Kd[e（k）-2e（k-1）+e（k-2）];k1—放大系數(shù)，k1>1;k2—抑制系數(shù)，0

emax、emid、emin為設(shè)定的誤差界限，其中emax>emid>emin。4.2智能PID控制規(guī)則智能PID控制是在常規(guī)PID控制的基礎(chǔ)上，根據(jù)專家及操作人員的實際經(jīng)驗，針對具有大滯后、時變、非線性系統(tǒng)而提出的控制方法。其主要特點是按區(qū)段進行不同算法的調(diào)節(jié)，它既有bang-bang控制的快速性，又有遲滯控制的穩(wěn)定性和抗干擾能力。根據(jù)上述的分析，總結(jié)出相應的控制規(guī)則如下：規(guī)則1：如果|e（k）|≥emax則u（k）=umaxe（k）>0時;或u（k）=umine（k）<0時規(guī)則2：如果emid≤|e（k）|

則u（k）=u（k-1）+k1·△u（k）e（k）·△e（k）≥0時;或u（k）=u（k-1）+△u（k）e（k）·△e（k）<0時規(guī)則3：如果emin≤|e（k）|

則u（k）=u（k-1）+△u（k）e（k）·△e（k）≥0時;或u（k）=u（k-1）+k2·△u（k）e（k）·△e（k）<0時規(guī)則4：如果|e（k-1）|

則u（k）=u（k-1）由上述四條規(guī)則可知，智能PID算法本質(zhì)上是非線性的，能較好克服常規(guī)PID的缺點。規(guī)則1、4條體現(xiàn)了系統(tǒng)的快速性與穩(wěn)定性，規(guī)則2、3條體現(xiàn)了PID變參數(shù)調(diào)節(jié)的自適應性。5、采用PLC實現(xiàn)的智能控制策略5.1硬件配置可編程序控制器硬件配置采用三菱公司的FX2N-32MR主機和FX2NA/D及D/A輸入輸出模塊組成。水位設(shè)定值和水位實際采樣值經(jīng)過A/D模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，PLC根據(jù)智能PID控制規(guī)則進行運算處理后，經(jīng)D/A模塊輸出模擬調(diào)節(jié)信號到變頻器，由變頻器調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，即出水量，從而實現(xiàn)了水位的自動控制。5.2軟件實現(xiàn)智能PID算法是在PLC中完成的。隨著微處理技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC的運算速度越來越快，功能也越來越強，用PLC進行軟件編程和規(guī)則判別非常容易。實現(xiàn)文中的控制算法只要對相關(guān)的參數(shù)進行四則運算和參數(shù)比較即可。智能PID算法中emax、emid、emin等各參數(shù)的大小及采樣周期T的頻率在調(diào)試中具體確定。智能PID算法軟件框圖如圖4所示。6、結(jié)束語使用PLC作為數(shù)字調(diào)節(jié)器，將智能PID控制算法應用于企業(yè)的生產(chǎn)用水的遠距離的液位控制系統(tǒng)中，是對仿人智能控制算法的一種新的嘗試，為具有滯后環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)設(shè)計提供了有益的啟示。實踐證明，使用智能PID控制算法應用于該系統(tǒng)后，系統(tǒng)的響應快、超調(diào)小、水位穩(wěn)定并具有較高的控制精度、滿足了生產(chǎn)要求，取得了較好的控制效果。參考文獻1、陶永華尹怡欣葛蘆生.新型PID控制及其應用.北京機械工業(yè)出版社.1998.92、廖常初.可編程序控制器的編程方法與工程應用.重慶.重慶大學出版社.2001.23、高金源.自動控制工程基礎(chǔ).北京.中央廣播電視大學出版社.1992.2碩士學位論文二0一0年十二月TheresearchofThreetankwatercontrolsystembasedonFuzzyNeuralNetworkPID關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本學位論文作者及指導教師完全了解保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和磁盤,允許論文被查閱和借閱,學?？梢詫W位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編本學位論文。保密的學位論文在解密后應遵守此協(xié)議學位論文作者簽名:____________導師簽名:_____________年月日年月日碩士學位論文作者姓名指導教師申請學位學科專業(yè)研究方向致謝本研究及學位論文是在我的導師親切關(guān)懷和悉心指導下完成的。他嚴肅的科學態(tài)度,嚴謹?shù)闹螌W精神,精益求精的工作作風,深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到論文的最終完成,宋老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持。兩年多來,宋老師不僅在學業(yè)上給我以精心指導,同時還在思想上、生活上給我以無微不至的關(guān)懷,在此謹向宋老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。在此,我還要感謝在一起愉快地度過研究生生活的李軍杰、陳龍虎、王曉宗等學,以及所有關(guān)心我的老師、同學和朋友,正是由于大家的幫助和支持,我才能克服一個一個的困難和疑惑,直至本文的順利完成。能夠在研究生學習期間遇到這么多的良師益友,我感到自己是幸運的。這段美好的生活經(jīng)歷將伴隨我的一生并成為我生命中最寶貴的財富。最后再次感謝支持我、幫助我、關(guān)心我的老師與同學!摘要液位是工業(yè)過程中重要的控制對象之一,液位控制品質(zhì)的好壞對工業(yè)生產(chǎn)有著重大的影響,因此對液位控制的研究具有非常重要的意義。隨著工業(yè)化程度的不斷提高,一方面控制精度的要求越來越高;另一方面被控對象模型亦越來越復雜化;使得傳統(tǒng)的PID控制已無法滿足控制要求。智能控制理論的提出對于工業(yè)控制理論的發(fā)展有著重要的意義,然而事實上受工業(yè)現(xiàn)場很多條件限制這些先進的理論很難在實際中運用,于是尋找一個既簡單又實用的被控對象來模擬現(xiàn)場尤為重要。三容水箱液位控制系統(tǒng)模擬了工業(yè)現(xiàn)場的多種典型的非線性時變多變量耦合系統(tǒng),具有時滯性、時變性、非線性的特點。借助該系統(tǒng)模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制等智能控制理論先后被應用。文章首先介紹了三容水箱液位控制系統(tǒng)的研究背景及現(xiàn)狀,然后對三容水箱液位控制系統(tǒng)進行建模。為了能找到適應大慣性、非線性系統(tǒng)更好的算法,對傳統(tǒng)PID、模糊PID以及神經(jīng)網(wǎng)絡PID在三容水箱液位控制系統(tǒng)中的應用進行比較,分析了各自的優(yōu)缺點,提出了基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的PID控制器。將基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的PID控制器運用到三容水箱液位控制系統(tǒng)中,仿真結(jié)果表明該控制算法具有超調(diào)量小、穩(wěn)定性高的特點,大大提高了系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能,顯示了其優(yōu)越性。關(guān)鍵詞:模糊控制;神經(jīng)網(wǎng)絡控制;PID;三容水箱系統(tǒng);仿真AbstractLiquidlevelisoneofthemostimportantobjectsduringtheindustrialprocess,itaffectsalotwhetherthequalitycontrolisgoodornot,soitisimportantforustodoresearchonit.Withthedevelopmentoftheindustry,ontheonehand,thecontrolaccuracyismoreandmorerequired;ontheotherhand,thecontrolobjectsbecomemoreandmorecomplex;asaresult,thetraditionalcontroltheoryscannotsatisfied.Inordertoimprovetheperformanceofliquidlevel,plantsofadvancedintelligentcontroltheoryshaveappeared,justlikefuzzycontrol、Neuralnetworkandsoon.Itissignificanttoputforwardtheintelligentcontroltheorys,however,theycannotbeusedintopracticeforthattheyarelimitedbymanyconditionsintheindustry.Threetankwatercontrolsystemsimulatesplantsoftypical、nonlinearandtime-basedcouplingsystemintheindustry.Ithasmanycharactorsjustliketime-relaying、timevaryingandnonlinearity.TheFuzzycontrolandNeuralNetworkcontroltheoryhasbeenusedinthissystem.Atfirst,theresearchbackgroundandcurrentsituationofthethreetankwaterisintroduced,thenestablisheditsmodel.Inordertofindabettermethodtoadaptthenonlinearsystem,theapplicationoftraditionalPID、FuzzyPIDandNeuralnetworkPIDinthethreetankwaterisanalysedandcompared.Atlast,aPIDcontrollerbasedonFuzzyNeuralNetworkisproposedinthisarticle.Thesimulationresultsprovedthatitimprovesthedynamicpropertyandstaticperformanceofthesystemobviously,hassmallovershootandthestabilityisalsoenhancedgreatly,whichshowitssuperiority.KeyWords:Fuzzycontrol;NeuralNetworkcontrol;PID;threetankwatersystem;simulation目錄摘要...................................................................................................IAbstract.....................................................................................................II1緒論.(11.1課題研究背景(11.2三容水箱液位控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀(11.3三容水箱液位控制系統(tǒng)研究意義及研究方法(31.4課題研究內(nèi)容及章節(jié)安排(42三容水箱液位控制系統(tǒng)建模(52.1THJ-4型高級過程控制實驗平臺介紹(52.2基于物料平衡原理的三容水箱建模(73傳統(tǒng)PID控制在三容水箱液位控制系統(tǒng)中的應用(133.1PID控制原理(133.2PID參數(shù)的整定(163.3傳統(tǒng)PID在三容水箱中的應用及仿真(203.4本章小結(jié)(214模糊PID和神經(jīng)網(wǎng)絡PID在三容水箱液位控制系統(tǒng)中的應用(224.1模糊PID在三容水箱中的應用(224.2神經(jīng)網(wǎng)絡PID在三容水箱中的應用(314.3本章小結(jié)(375模糊神經(jīng)網(wǎng)絡PID在三容水箱液位控制系統(tǒng)中的應用(395.1模糊神經(jīng)網(wǎng)絡研究背景及現(xiàn)狀(395.2模糊神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制系統(tǒng)的構(gòu)造(415.3模糊神經(jīng)網(wǎng)絡PID在三容水箱中的應用及仿真(505.4本章小結(jié)(51結(jié)論(52參考文獻(54附錄A三容水箱液位控制系統(tǒng)上位機組態(tài)監(jiān)控畫面(57作者簡歷................................................................錯誤!未定義書簽。學位論文原創(chuàng)性聲明..(59學位論文數(shù)據(jù)集...........................................................錯誤!未定義書簽。1緒論1.1課題研究背景生產(chǎn)過程自動控制簡稱過程控制,它是自動化技術(shù)一個重要的組成部分,通常是指電力、冶金、石油、化工、建材、核能等工業(yè)生產(chǎn)過程中連續(xù)的或按一定周期進行的自動控制。現(xiàn)如今工業(yè)自動化越來越普及,如何確保在提高經(jīng)濟效益和勞動生產(chǎn)力的基礎(chǔ)上,既達到預期的經(jīng)濟技術(shù)指標,又能改善勞動條件、保護生態(tài)環(huán)境,這將是過程控制技術(shù)所面臨的巨大挑戰(zhàn)。伴隨著工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展,相應的人們對生產(chǎn)過程的自動化控制水平的要求也越來越高。每一個先進的、可行的控制算法的提出都將對工業(yè)生產(chǎn)帶來巨大的推動作用。然而,當前的學術(shù)研究成果與實際的生產(chǎn)應用技術(shù)水平并不是同步的,甚至相差幾十年[1]。在我們國家,越是高深的、先進的控制理論,其研究越是局限在少數(shù)科研院所狹小圈子之內(nèi),這樣以來也逐漸遠離了國民生產(chǎn)這個應用基地。這樣一來導致很多的理論算法一旦用于現(xiàn)場就會遇到各種各樣的實際問題。當然了,造成這種結(jié)果的原因是多方面的;可以明確一點的是,理論的研究脫離了實際背景的支持是制約其得以廣泛應用的首要因素。因此,能否找到一種具有典型對象特性的試驗裝置至關(guān)重要。三容水箱液位控制系統(tǒng)是基于工業(yè)過程的物理模擬對象,是集自動化儀表技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、自動控制技術(shù)為一體的多功能實驗裝置[2]。該系統(tǒng)包括液位、流量、壓力、溫度等被控參數(shù),可以實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識、單回路控制、串級控制、滯后控制、比值控制、解耦控制等多種控制形式。三容水箱是一種典型的非線性、時延性對象[2],工業(yè)上許多被控對象的整體或局部都可以抽象成三容水箱的數(shù)學模型,具有很強的代表性,因此對三容水箱數(shù)學模型的建立有著重要的意義。1.2三容水箱液位控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀1控制對象方面。目前國外很多大學和實驗室廣泛應用的三容水箱系統(tǒng)是德國Amira自動化公司研制的,但不足之處是該系統(tǒng)價格昂貴,受經(jīng)濟條件限制國內(nèi)只有清華、浙大等少數(shù)幾所高校引進了此設(shè)備。國內(nèi)也有部分廠家研制生產(chǎn)三容水箱液位控制系統(tǒng),像GWT系列水箱液位控制實驗裝置和THJ-x型三容水箱對象系統(tǒng)實驗裝置等等。其中GWT實驗裝置是由固高科技協(xié)同香港城市大學聯(lián)合研制開發(fā)而成,經(jīng)過香港城市大學三年的實踐檢驗,充分的證實了其潛在的教學、通過模糊邏輯控制器的設(shè)計和調(diào)試進行智能控制教學實驗與研究。另一套實驗裝置是由浙江天皇科技實業(yè)研制的,目前常用的型號主要有THJ-2,THJ-3和THJ-4;THJ-x系列液位控制裝置既可以作為本科、?？啤⒏呗氝^程控制課程的實驗裝置,也可以為研究生及科研人員對復雜控制系統(tǒng)、先進控制系統(tǒng)的研究提供物理模擬對象和實驗手段[3]。但是,受經(jīng)濟條件、環(huán)境等因素的影響,真正能運用這些控制對象的僅僅是很小一部分;這樣以來使得國內(nèi)基于三容水箱液位控制系統(tǒng)算法的研究和仿真在很大程度上受到了限制。2控制算法方面。對于簡單的一階二階液位控制系統(tǒng),通常選用常規(guī)的控制算法如單回路PID控制、串級PID控制、前饋控制、SIMTH預估補償控制、大林算法、解耦控制等等。但是由于像SMITH預估補償控制、大林算法以及解耦控制等方法對控制系統(tǒng)的數(shù)學模型依賴性較強,導致常規(guī)的控制方法很難在非線性大滯后的系統(tǒng)中取得較好的控制效果。因此針對三容水箱這種典型的非線性、大慣性以及延時性的控制系統(tǒng),傳統(tǒng)的控制算法已不能勝任,預測控制算法和智能控制理論等復雜的控制算法成為主要研究的控制策略。預測控制主要代表為動態(tài)矩陣控制、模型算法控制和廣義預測控制,預測控制算法涉及的參數(shù)較多,如預測長度、控制時域長度、加權(quán)陣等,關(guān)于算法中的主要參數(shù)與閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、動靜態(tài)特性和魯棒性之間的定量解析表達式還難以得到,尤其是多變量系統(tǒng)的魯棒性的分析和綜合方面的研究還不夠成熟[4]。智能控制是針對被控系統(tǒng)及其控制環(huán)境和任務不確定性而提出的,智能控制過程是含有復雜性、不確定性、模糊性且一般不存在已知算法的非傳統(tǒng)數(shù)學公式化的過程,因此智能控制系統(tǒng)應當對環(huán)境和任務的變化具有快速應變能力,應能完成各種復雜多變的任務。目前,對智能控制的研究主要集中在專家控制技術(shù)、模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術(shù)、遺傳算法等方面。模糊控制技術(shù)是建立在模糊集合論基礎(chǔ)上的一種基于語言規(guī)則與模糊推理的控制理論,該技術(shù)依賴于行為規(guī)則庫,其規(guī)則用自然語言表達,更接近于人的思維方法和推理習慣,便于現(xiàn)場操作人員的理解和使用。神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)不像專家系統(tǒng)那樣需要事先建立知識庫,知識的獲取只需足夠的訓練樣本,能夠模擬現(xiàn)實系統(tǒng)復雜的輸入輸出關(guān)系,具有很強的非線性建模能力,由于它具有適應能力和學習能力,因此很適合用作智能控制的研究工具。神經(jīng)網(wǎng)絡控制和模糊控制分別單獨在三容水箱液位系統(tǒng)中的應用較多,控制效果也比較明顯。目前,控制算法的研究主要是在這些原有控制算法的基礎(chǔ)上提出改進和完善[2]。受眾多因素的影響,雖然給三容水箱控制算法的研究造成一些不利,但是并沒有阻礙國內(nèi)學者對其深入的探討和研究。華中科技大學的侯燕在三容水箱液位控制系統(tǒng)的研究這篇學位論文中以三容水箱液位控制系統(tǒng)為被控對象,研究了模糊控制算法,并通過仿真驗證了其可靠性。不僅如此,還將三容水箱建模以及控制方法推廣到現(xiàn)實的教學實驗中,并取得了很好的效果。大連理工大學朱晶針對模糊控制算法比例因子和量化因子選擇困難的特點,提出了采用蟻群算法對其優(yōu)化,仿真結(jié)果表明了其有效性,使得模糊控制的運用得到了大幅度的提升?；诖藰?gòu)造了模糊PID控制器,并運用到三容水箱液位控制系統(tǒng)中,取得了良好的效果。合肥工業(yè)大學盧娟提出了將神經(jīng)網(wǎng)絡控制理論與PID相結(jié)合的算法,充分利用神經(jīng)網(wǎng)絡的自學習、精度高的優(yōu)點,提高了三容水箱液位控制的魯棒性。1.3三容水箱液位控制系統(tǒng)研究意義及研究方法三容水箱液位控制系統(tǒng)模擬了復雜的工業(yè)現(xiàn)場,對其研究有著重要的意義:1為先進控制理論的驗證提供了實物支撐。以往每當推導出一種新的理論,在理論上具有很強的說服力,但是這種先進的理論一旦用到現(xiàn)場總出現(xiàn)很多不可預料的問題,甚至很可能造成嚴重的后果。三容水箱系統(tǒng)可以模擬一階、二階甚至三階系統(tǒng),根據(jù)現(xiàn)場被控對象的實際狀況對三容水箱系統(tǒng)建模,然后將先進的控制理論運用到該模型中,達到模擬現(xiàn)場的效果。這樣以來既能驗證理論的可靠性,也可以根據(jù)模擬的狀況及時改進控制理論。2為工業(yè)生產(chǎn)效益最大化提供有利的價值。我們已經(jīng)知道,三容水箱液位控制系統(tǒng)是一個具有大慣性、非線性的復雜系統(tǒng),傳統(tǒng)的控制理論已經(jīng)不能對其有效的控制。借助三容水箱液位控制系統(tǒng)來模擬現(xiàn)場復雜的控制系統(tǒng),預測控制和智能控制等先進的控制理論可以進行驗證。這樣一來使得對三容水箱系統(tǒng)的控制水平有所提高,工業(yè)生產(chǎn)也有傳統(tǒng)的控制提升到新型控制,勢必提高了工業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量,進而為國民生產(chǎn)帶來巨大的經(jīng)濟效益。3為提升國內(nèi)控制理論水平創(chuàng)造了有利條件。國內(nèi)對控制理論的研究雖然已經(jīng)取得很大的進步,但是相對于國外還是有差距的。起步晚是一個因素,但是最主要的還是缺乏研究控制理論的條件?，F(xiàn)如今被控對象越來越復雜,對控制理論的要求越來越高,僅僅有理論深度是不行的,還需要理論與實際相結(jié)合。前面說到先進控制理論直接運用到工業(yè)現(xiàn)場會出現(xiàn)很多問題,因此研制一套可以模擬現(xiàn)場的裝置尤為重要。三容水箱液位控制系統(tǒng)的研制可以說具有劃時代的意義,它的出現(xiàn)為國內(nèi)對控制理論的研究提供有利條件,相信會大大提升國內(nèi)控制理論水平。進入21世紀,智能控制進入新的歷史階段,控制學科所面臨的控制對象的復雜性、控制環(huán)境的復雜性和控制目標的復雜性日益突出,其控制問題往往不能通過簡單的PID控制方式來解決[5]。三容水箱液位控制系統(tǒng)具有很大的慣性質(zhì)量,包含著許多非線性因素,加之控制系統(tǒng)動態(tài)特性變化大且不穩(wěn)定,這就需要應用更先進更現(xiàn)代的控制技術(shù)。通過閱讀大量的文獻,目前模糊PID、神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制器已經(jīng)運用到三容水箱液位控制系統(tǒng)中,雖然取得較好的效果,但還是由于各自算法的不足導致最終的結(jié)果不是很理想。通過對以上兩種控制器分別分析后提出大膽設(shè)想,將模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡控制相結(jié)合構(gòu)造基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡PID的控制器,待建立三容水箱模型后先通過MATLAB對其仿真,最后借助THJ-4型高級過程控制實驗平臺對該新型控制器進行驗證。1.4課題研究內(nèi)容及章節(jié)安排本課題基于THJ-4型高級過程控制實驗平臺。它是由實驗控制對象、實驗控制臺和上位監(jiān)控PC機三部分組成。該裝置結(jié)合了當今工業(yè)現(xiàn)場過程控制的實際情況,是一套集自動化儀表技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、自動控制技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)為一體的多功能實驗設(shè)備。該系統(tǒng)包括流量、溫度、壓力、液位等參數(shù),可實現(xiàn)參數(shù)辨識,單回路控制,串級控制,前饋-反饋控制,滯后控制,比值控制,解耦控制等多種控制形式。為研究復雜控制系統(tǒng)、先進控制系統(tǒng)提供了一個物理模擬對象和實驗平臺。第一章緒論,本章主要介紹了三容水箱液位控制系統(tǒng)的研究背景、現(xiàn)狀及意義,并提出了對該系統(tǒng)的研究方法;第二章主要介紹了三容水箱液位控制系統(tǒng),根據(jù)物料平衡原理對THJ-4型高級過程控制實驗平臺的三容水箱進行數(shù)學建模;第三章分析研究傳統(tǒng)PID控制器原理及PID參數(shù)整定,將傳統(tǒng)PID控制器運用到三容水箱液位控制系統(tǒng)中,通過仿真和實驗觀察結(jié)果;第四章介紹了基于模糊控制與基于神經(jīng)網(wǎng)路的PID控制器,并應用到三容水箱液位控制系統(tǒng)中,通過仿真觀察結(jié)果;第五章根據(jù)以上分析總結(jié)出模糊PID和神經(jīng)網(wǎng)絡PID的優(yōu)缺點,將二者結(jié)合構(gòu)造出基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制的PID控制器,并借助MATLAB對其進行仿真。最后對全文進行總結(jié),對以后的研究方向提出展望。2三容水箱液位控制系統(tǒng)建模2.1THJ-4型高級過程控制實驗平臺介紹本課題的研究是基于THJ-4型高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置,它是基于工業(yè)過程的物理模擬對象,該平臺集自動化儀表技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)以及自動控制技術(shù)為一體。它是天皇教儀企業(yè)根據(jù)自動化及其他相關(guān)專業(yè)教學特點,在吸收了國內(nèi)外同類實驗裝置的特點和長處后精心設(shè)計的多功能實驗裝置。該系統(tǒng)包含了流量、溫度、液位、壓力等熱工參數(shù),可以實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識、單回路控制、串級控制、前饋—反饋控制、比值控制、解耦控制等多種控制形式。該裝置還可以根據(jù)用戶需求設(shè)計成DDC、DCS、PLC、FCS等多種控制系統(tǒng)。不僅如此,依靠該系統(tǒng)既可以作為本科、?？?、高職過程控制課程的實驗裝置,也可以為研究生及科研人員對復雜控制系統(tǒng)和先進控制理論的研究提供物理模擬對象和實驗手段[3]。(1系統(tǒng)組成THJ-4型高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置是由被控對象和控制儀表兩部分組成。該實驗裝置有兩路動力支路,一路由380V交流磁力驅(qū)動泵、電動調(diào)節(jié)閥、流量計及手動調(diào)節(jié)閥組成;另一路由變頻器、220V變頻磁力驅(qū)動泵、流量計及手動調(diào)節(jié)閥組成。被控對象主要包括水箱和模擬鍋爐兩大部分。水箱又包括上水箱、中水箱、下水箱以及儲水箱四部分。上、中、下水箱采用堅實耐用且透明度高的淡藍色圓筒形有機玻璃制作而成,使得觀察和記錄液位變化更一目了然。上、中水箱的直徑為25厘米,高度為20厘米;下水箱的直徑為35厘米,高度為20厘米。上、中、下水箱既能組合成一階、二階、三階液位單回路開環(huán)實驗,也能實現(xiàn)雙閉環(huán)、三閉環(huán)液位串級控制等實驗,完全滿足各種實驗的需求。模擬鍋爐主要是用來進行溫度實驗,可完成溫度的串級控制、前饋—反饋控制、解耦控制等實驗?？偟膩碚f該控制對象部分的設(shè)計非常巧妙合理,整個系統(tǒng)的管道采用敷塑的不銹鋼管,所有水閥采用優(yōu)質(zhì)的球閥,徹底避免水箱系統(tǒng)生銹的可能性,有效提高了實驗裝置的使用年限?？刂苾x表部分由三部分組成:1、電源控制屏面板:充分考慮人身安全保護,帶有漏電保護空氣開關(guān)、電壓型漏電保護器、電流型漏電保護器。2、儀表面板:一塊變頻調(diào)速器面板、三塊AI/818A智能調(diào)節(jié)儀面板、一塊AI/708A智能位式調(diào)節(jié)儀、解耦裝置面板,比值器/前饋-反饋裝置面板。3、I/O信號接口面板:該面板的作用主要是將傳感器檢測及執(zhí)行器控制信號同面板上自鎖緊插孔相連,再通過航空插頭同對象系統(tǒng)連接,便于學生自行連線組成不同的控制系統(tǒng),進行幾十種過程控制系統(tǒng)的實驗。系統(tǒng)整體框圖2.1所示。(2系統(tǒng)特點1、被控參數(shù)全面,涵蓋了連續(xù)性工業(yè)生產(chǎn)過程中的液位、壓力、流量及溫度等典型參數(shù)。2、本裝置由被控對象、智能儀表總和控制臺、計算機三部分組成,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局合理,造型美觀大方。3、真實性、直觀性、綜合性強,控制對象組件全部來源于工業(yè)現(xiàn)場。4、具有廣泛的可擴展性和后續(xù)開發(fā)功能,所有I/O信號全部采用國際標準IEC信號,可通過信號接口電纜與任何后續(xù)智能化控制平臺連接。5、執(zhí)行器中既有電動調(diào)節(jié)閥儀表類執(zhí)行機構(gòu),又有變頻器、可控硅移向調(diào)壓裝置、接觸器位式控制裝置等。6、能進行單變量到多變量控制系統(tǒng)及復雜過程控制系統(tǒng)實驗。7、各種控制算法和調(diào)節(jié)規(guī)律在開放的實驗軟件平臺上都可以實現(xiàn)。8、實驗數(shù)據(jù)及圖表在MCGS軟件系統(tǒng)中很容易存儲及調(diào)用,以實驗者進行試驗后的比較和分析。9、采用強弱電插座及相應的導線,提高實驗的安全性和可靠性。(3系統(tǒng)軟件MCGS是一套基于Windows平臺的,用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)。具有操作簡單、可視性好、可維護性強、高性能、高可靠性等突出特點。與國外同類產(chǎn)品相比,MCGS5.1組態(tài)軟件具有以下優(yōu)勢:1全中文、可視化、面向窗口的組態(tài)開發(fā)界面,強大的數(shù)據(jù)處理功能,能夠?qū)I(yè)現(xiàn)場產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以各種方式進行統(tǒng)計處理。2方便的報警設(shè)置、豐富的報警類型、報警存貯與應答、實時打印報警報表以及靈活的報警處理函數(shù)。3完善的安全機制,允許用戶自由設(shè)定菜單、按鈕及退出系統(tǒng)的操作權(quán)限。MCGS5.1還提供了工程密碼、鎖定軟件狗、工程運行期限等功能。4強大的網(wǎng)絡功能,支持TCP/IP、Moden、485/232,以及無線網(wǎng)絡和無線電臺等多種網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)。5良好的可擴充性,可通過OPC、DDE、ODBC、ActiveX等機制,方便地擴展MCGS5.1組態(tài)軟件的功能,并與其他組態(tài)軟件、MIS系統(tǒng)或自行開發(fā)的軟件進行連接。圖2.1系統(tǒng)實驗總貌圖2.2基于物料平衡原理的三容水箱建模數(shù)學模型是研究數(shù)量變化規(guī)律的一門綜合性很強的學科[6],是應用數(shù)學知識去研究事物以及事物之間的數(shù)量變化規(guī)律;或者反過來,將現(xiàn)實客觀中存在的問題,經(jīng)過分析整理建立起實際問題的內(nèi)在的或事物與事物之間的數(shù)量變化的數(shù)學表達式,經(jīng)過求解數(shù)學表達式,尋求他們的數(shù)量變化規(guī)律,用以解析某些現(xiàn)象,或者預測它未來的發(fā)展趨勢并能動地利用它和改造它。根據(jù)被控對象的特性和控制要求配合上過程檢測和控制儀表構(gòu)成了過程控制系統(tǒng),被控對象的特性在過程控制系統(tǒng)中占有重要的地位,因此了解被控對象的靜態(tài)和動態(tài)特性及控制要求才能實施控制方案的定制、儀表的選型及系統(tǒng)參數(shù)的整定。三容水箱液位控制系統(tǒng)的實驗結(jié)構(gòu)圖如圖2.2所示:上水箱的入水量iQ由電動調(diào)節(jié)閥控制:上、中、下三個水箱的出水量1Q、2Q、3Q通過改變負載閥的開度來改變;系統(tǒng)的被控制量是下水箱液位高度3h。被控對象數(shù)學模型的建立通常用下列兩種方法:一種是分析法,即根據(jù)過程的機理,物料或能量平衡關(guān)系求得其數(shù)學模型;另一種是用實驗的方法確定。本文主要介紹被控對象對典型輸入信號的響應來確定它的數(shù)學模型。由圖2.2可知,該系統(tǒng)最終的被控制量為水箱的液位3h,手動閥F1-6、F1-9、F1-10、F1-11的開度都為定值,iQ為流入水箱的流量,1Q、2Q、3Q分別為上、中、下水箱中流出的流量。為了讓三容水箱能滿足自平衡能力,三只水箱的放水閥間的開度必須滿足如下關(guān)系:19110111FFF--->>(2.1這樣當系統(tǒng)運行于穩(wěn)態(tài)時,三個水箱液位高度間關(guān)系必然會滿足下列的不等式:123hhh>>(2.2即滿足上述的不等式關(guān)系后,,系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時才會出現(xiàn)流量的平衡關(guān)系:3100QQQQi===(2.3相反的若閥門的開度把握不好,就很難達到自平衡。例如下水箱的流出量為4Q,流入量為3Q,如果閥門F1-11的開度太大同時F1-9和F1-10開度太小,勢必流出量4Q要遠遠超過流入量3Q,這樣一來很難達到自平衡狀態(tài)。當閥門的開度滿足(1的情況下,流入量和流出量相等的情況下很容易就達到自平衡狀態(tài),水位也就保持不變;這時如果突然增大電動調(diào)節(jié)閥的開度,隨著流入水量的增多,水的靜壓力增大則流出量也增多,如果閥門開度不變的話,最終達到平衡狀態(tài)時的液位有所偏高。根據(jù)物料平衡關(guān)系,三容水箱液位控制系統(tǒng)在動態(tài)時可得如下公式:(2.4式中1V為上水箱的貯水容積,dtdV1為上水箱水貯存量的變化率,它與上水箱液位1h的關(guān)系為11dhAdV=,即dtdhAdtdV111=(2.5式中1A為上水箱的底面積。把式(2.5代入式(2.4得dtdhAQQi111=-,即(1111QQAdtdhi-=(2.6同理可以推出中水箱和下水箱動態(tài)時的公式:(12122QQAdtdh-=(2.7(13233QQAdtdh-=(2.8基于111sRhQ=,222sRhQ=,333sRhQ=,1sR、2sR、3sR分別為閥門19F-、110F-和111F-的液阻,通過前面三容水箱裝置的介紹計算出上水箱和中水箱的截面積221049.0mAA==,下水箱的截面積為23096.0mA=,則上面的式子可改寫為(4.20(1111111sisiRhQRhQAdtdh-=-=(2.9dtdVQQi11=-(4.20(=-=(2.10(4.10sssRhRhRhRhAdtdh-=-=(2.11對式子(2.10進行微分(4.2022112ssRhRhh'-'="(2.12把式子(2.9帶入式子(2.12中可得????????'-?-="2211124.20(22211ssRhhRh+'=(2.14將式子(2.14帶入式子(2.13可得????????'-?-'-="22122224.10(33322ssRhhRh+'=(2.164.10(33322ssRhhRh'+"='(2.174.10(3''3'''32''2ssRhhRh+=(2.18將式子(2.16、(2.17、(2.18帶入式子(2.15可得]4.1014.104.10(4.20(4.20[4.204.10(3'3''3133'33'3''323''3'''32sssssissRhhRRhhRhhRQRhhR--?--+-=+(2.19整理得33'33321''33213231'''32133'33'3''3213'3''33++++++=++++???????+++=(2.20通過以上公式的推導最后得出三容水箱輸入量iQ和下水箱液位3h的三階微分方程。按照流體力學原理,水箱流出量oQ與出口靜壓有關(guān),同時還與調(diào)節(jié)閥門的阻力R有關(guān)[7],它們?nèi)叩年P(guān)系可以用下式表示:RhQo?=?(2.21流體在一般流動條件下,液位h和流量oQ之間的關(guān)系是非線性的。為了簡化問題,通常將其線性化。線性化方法如圖2.3所示。圖2.3線性化原理圖通常在特性曲線工作點a附近不大的范圍內(nèi),用切于a點的一段切線代替原曲線上的一段曲線,進行線性化處理。經(jīng)過線性化后,水阻R是常數(shù)。由式子(2.20可知,只要確定了三個水箱的水阻,這個三階微分方程的參數(shù)就定下來了,進而可以確定三容水箱系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。這里我們通過階躍曲線響應方法測得21/293msR=,22/187msR=,23/477msR=,將其代入式(2.21可得36'3''3'''310對上式進行拉普拉斯變換,可得三容水箱的傳遞函數(shù)為:623310.0((-?+++=SSSSQSHi(2.233傳統(tǒng)PID控制在三容水箱液位控制系統(tǒng)中的應用3.1PID控制原理由于PID控制器的簡單易懂、魯棒性強等特點,使其在工業(yè)領(lǐng)域的應用中經(jīng)歷了60多年后,仍然是應用最為廣泛的控制器,其利用率占所有工業(yè)控制器的90%以上[8]。除了以上特點,之所以PID控制器得以廣泛運用還在于它不需要依賴精確的數(shù)學模型,這一點是很多控制器所不能及的。PID控制器由三部分組成,分別是比例單元、積分單元和微分單元,PID的調(diào)節(jié)就是通過對這三個單元的參數(shù)進行設(shè)置,進而通過線性組合構(gòu)成控制量來實現(xiàn)對被控對象的控制。其中每個單元的作用可歸納如下:1比例單元(P。該單元是按比例反映系統(tǒng)的偏差,系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差,比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用以減少偏差。比例作用大,可以加快調(diào)節(jié),減少誤差,但是過大的比例,使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降,甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。2積分單元(I。該單元是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差,提高無差度。因為有誤差,積分調(diào)節(jié)就進行,直至無差,積分調(diào)節(jié)停止,積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)Ti,Ti越小積分作用越強。反之,Ti越大,積分作用就越弱,加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降,動態(tài)響應變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合,組成PI或PID調(diào)節(jié)器。3微分單元(D。該單元反映系統(tǒng)偏差信號的變化率,具有預見性,能遇見偏差的變化趨勢,因此能產(chǎn)生超前的控制作用,在偏差還沒形成以前,已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。在微分時間選擇合理的情況下,可以減少超調(diào)時間。由于微分作用對噪聲干擾有放大作用,因此過強的加入微分調(diào)節(jié),對系統(tǒng)抗干擾不利。此外,微分調(diào)節(jié)反映的是變化率,當輸入沒有變化時,微分作用輸出為零。微分作用不能單獨使用,需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相組合,結(jié)成PD或者PID控制器。測量值與設(shè)定目標值之間的差構(gòu)成了基本偏差e(t,它是面向比例項所用的變動數(shù)據(jù);而每一次測量得到的偏差值的總和即累計偏差1(...1(((1eteteieti+-+=∑=是面向積分項所用的變動數(shù)據(jù);用本次的偏差減去上一次的偏差得到的相對偏差是面向微分項的變動數(shù)據(jù),通常把它用來考察當前控制對象的趨勢和作為快速反應的重要依據(jù)。PID控制器按實際需求可以分為很多種類,比較典型的PID控制器主要有模擬PID和數(shù)字PID兩種。1模擬PID控制器將PID控制運用到模擬控制系統(tǒng)中,即構(gòu)成了模擬PID控制器,然后再與被控對象共同組成了模擬PID控制系統(tǒng),其原理圖如圖3.1所示。由圖可知,(((tytrte-=(3.1其中e(t為控制誤差,r(t為給定值,y(t為實際輸出值。PID控制器根據(jù)e(t將偏差的比例、積分和微分通過線性組合構(gòu)成控制量,其控制規(guī)律為:]((1([(0dttdeTdtteTteKtudtip++=?(3.2式中:u(t—控制器輸出;e(t—控制器誤差;pK—比例系數(shù);iT—積分時間常數(shù);dT—微分時間常數(shù)。2數(shù)字PID控制器眾所周知,計算機控制其本質(zhì)上就是一種采樣控制,只有知道了某采樣時刻的偏差值才能進行控制量的計算。而連續(xù)PID控制算法要求是連續(xù)的采樣,因此為了滿足計算機控制要求,必須采用離散化方法。應用在計算機控制的PID控制器,稱之為數(shù)字PID控制器,常見的有位置式PID控制算法和增量式PID控制算法。通過分析模擬PID控制算法,用一系列的采樣時刻點kT代表連續(xù)時間t,用矩形法數(shù)值積分近似代替積分,可得位置式PID控制算法表達式:比例積分微分被控對象u(t+r(te(t-y(tTkekekTjekkekkekeTTjeTTkekkudkjipkjDIp1((((1(((((((0--++=--++=∑∑==(3.3式中,IpiTkk=,DpdTkk=,T為采樣周期,k為采樣序號,k=1,2,…,e(k-1和e(k分別為第(k-1和第k時刻所得的偏差信號。由上式可知,通過計算機輸出的u(k可以直接用來控制執(zhí)行機構(gòu),這樣以來u(k的值與執(zhí)行機構(gòu)的位置必然是一一對應的,這也就是位置式PID名稱的由來。對應的控制系統(tǒng)如圖3.2所示。PID控制算法D/A執(zhí)行機構(gòu)被控對象r(k+-y(k圖3.2位置式PID控制系統(tǒng)通過分析公式3.3可以看出,該算法是一種非遞推公式。如果依照此公式去計算u(k,一方面需要用到本次和上一次的偏差量e(k和e(k-1,另一方面還需要知道從e(0到e(k所有的值。不僅如此,當采樣次數(shù)K的值很大時,必然會使得計算量很大,大大延緩了整個系統(tǒng)的處理速度,因此如何把該非遞推公式轉(zhuǎn)化為遞推公式尤為重要。根據(jù)式子3-3可推導出k-1次的輸出為:]}2(1([(1({1(1---++-=-∑-=kekeTTteTTkeKkudkiip(3.4于是得到增量法計算公式:]2(1(2([]1(([]1(([1(((0-+--+--+--=--=?∑=kekekeTTteteTTkekeKkukukudktip(3.5因此按式子3-5計算k次采樣的數(shù)字控制器的輸出u(k,只需用到本次偏差e(k,前兩次偏差e(k-1和e(k-2以及計算的輸出值u(k-1。通過以上分析可以總結(jié)出增量式控制的優(yōu)點:(1增量型算法不需要做累加,控制量增量的確定僅與最近幾次誤差采樣值有關(guān),計算誤差或計算精度問題對控制量的計算影響較小:而位置型PID算法要用到過去所有誤差的累加值,容易產(chǎn)生大的累加誤差。(2增量型算法輸出的是控制量的增量,只輸出閥門開度的變化部分,誤動作影響小,必要時通過邏輯判斷限制或禁止本次輸出,不會嚴重影響系統(tǒng)的工作;而位置型算法的輸出是控制量的全量輸出,誤動作影響大。(3采用增量型算法,當出現(xiàn)任何故障或者進行切換時,沖擊較小,易于實現(xiàn)手動到自動的無沖擊切換。3.2PID參數(shù)的整定Ziegler和Nichols在1942年首次針對一階慣性加純延遲的被控對象提出了Z-N整定法[11],該整定方法同樣可以運用到常規(guī)的控制對象上,前提是需要利用曲線擬合的方法將階躍響應數(shù)據(jù)擬合成近似的一階慣性加純延遲環(huán)節(jié),正是由于它的通用性,至今在很多場合仍在運用。同年,Ziegler根據(jù)對象頻域響應曲線上的信息,提出了PID控制器參數(shù)整定的臨界振蕩法。隨著控制理論的發(fā)展,越來越多的學者開始致力于PID控制器的參數(shù)整定,隨之而來也出現(xiàn)了許多經(jīng)典的參數(shù)整定方法。如莊敏霞與Atherton針對各種指標函數(shù)得到了最優(yōu)化PID參數(shù)整定的方法,此方法相對在理論分析上較為方便,但與工程化的性能指標問還缺乏明顯的對應關(guān)系,從而影響了其在工業(yè)實際中的應用。1993年,陳福詳?shù)热颂岢隽嗽鲆鎯?yōu)化的PID參數(shù)整定方法,指定在大頻率范圍內(nèi)使幅頻率特性等于1,根據(jù)測量得到的階躍響應瞬時值去計算PID控制器的參數(shù)值。1995年,德國學者UdoKulm提出了基于總和時間常數(shù)的整定方法,此方法適用于階躍響應曲線為S型的自衡對象。1996年,胡晚霞等人提出了一種新的確定被控過程動態(tài)特性方法,通過計算機仿真相應的PID參數(shù)整定規(guī)則,這種方法稱之為交叉兩點法。1998年夏淑艷將拉蓋爾級數(shù)應用于PID參數(shù)整定中,提出了利用拉蓋爾級數(shù)辨識和整定的方法,此方法簡單可靠,得到了廣泛的應用。工程實驗整定方法包括四種,分別是經(jīng)驗法、臨界比例度法、阻尼振蕩法(衰減曲線法和反應曲線法。其中最常用的主要是前三種方法。(1經(jīng)驗法如果將控制系統(tǒng)中的液位、流量、溫度、壓力等不同的參數(shù)進行分類,那么屬于同一類別的系統(tǒng)的它的對象往往很接近,根據(jù)這一點無論是控制器形式還是所整定的參數(shù)均可以相互參考。表3.1為經(jīng)驗法整定參數(shù)的參考數(shù)據(jù),在此基礎(chǔ)上,對調(diào)節(jié)器的參數(shù)作進一步修正。若需加微分作用,微分時間常數(shù)按計算。表3.1經(jīng)驗法整定參數(shù)系統(tǒng)δ(%IT(minDT(min溫度20~603~100.5~3流量40~1000.1~1壓力30~700.4~3液位20~80(2臨界比例度法在使用臨界比例度整定方法時,需注意一點的是在閉環(huán)情況下進行的。具體的整定過程為:先假設(shè)∞=IT,0=DT,即消除積分和微分作用,在純比例的情況下將比例度由大逐漸變小,目的是使系統(tǒng)的輸出響應最終呈現(xiàn)等幅振蕩,如圖3.3所示。然后根據(jù)臨界比例度Sδ和振蕩周期ST,按照表3.2所列的經(jīng)驗算式,求取PID調(diào)節(jié)器的參考參數(shù)值,該整定方法目標是為了得到4:1的衰減曲線。IDTT41~31(=STperiod調(diào)節(jié)器參數(shù)PPIPIDsδ2sδ2.2sδ1.6sδ(STi(ST/1.20.5(ST(STd0.125(ST雖然臨界比例度法具有應用簡單方便的優(yōu)點,但是該方法在實際應用中有一定的限制。首先,在工藝方面,受控變量必須能承受住等幅振蕩的波動,即確保在等幅振蕩的波動范圍內(nèi)受控對象不會發(fā)生故障;其次,受控對象也要受很大的限制,為了在比例環(huán)節(jié)的控制下使系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩,必須確保受控對象為二階或者二階以上,若為一階系統(tǒng)還應滿足具有純滯后環(huán)節(jié)。另外,控制閥開、關(guān)的極端狀態(tài)也會對等幅振蕩曲線構(gòu)成影響,在整定的過程中也需特別注意。(3阻尼振蕩法(衰減曲線法阻尼振蕩法又叫做衰減曲線法,跟臨界比例度法類似該整定方法也需要在閉環(huán)系統(tǒng)中才能運用。具體步驟是:令∞=IT,0=DT,消除積分和微分作用,讓調(diào)節(jié)器只在純比例的情況下工作,然后逐漸減小比例度,同時加階躍擾動來觀察輸出響應的衰減過程,一直到出現(xiàn)圖3.4所示的4:1衰減曲線為止。這時的比例度稱為4:1衰減比例度,用Sδ表示之。相鄰兩波峰間的距離稱為4:1衰減周期ST。根據(jù)Sδ和ST,運用表3.3所示的經(jīng)驗公式,就可計算出調(diào)節(jié)器預整定的參數(shù)值。C(ttTs表3.3阻尼振蕩法計算公式調(diào)節(jié)器參數(shù)PPIPIDδ(%sδ1.2sδ0.8sδIT(min0.5(ST0.3(STDT(min0.1(ST以上介紹的三種整定方法各有其自身的特點,像經(jīng)驗法依據(jù)同一類別的系統(tǒng)的對象比較接近的原理,整定參數(shù)可以互相參考,這樣為參數(shù)的整定帶來了極大的方便。仔細對比臨界比例度法和衰減曲線法會發(fā)現(xiàn)它們都有一個共同點,那就是先通過實驗得到預期的曲線,然后借助曲線計算出相關(guān)參數(shù),最后再通過公示表格得到最終的PID參數(shù)值。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù),都需要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例度法。利用該方法進行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下:(1首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作;(2僅加入比例控制環(huán)節(jié),直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應出現(xiàn)臨界振蕩,記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期;(3在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。3.3傳統(tǒng)PID在三容水箱中的應用及仿真?zhèn)鹘y(tǒng)PID控制器由于用途廣泛、使用靈活,已有系列化產(chǎn)品,使用中只需設(shè)定三個參數(shù)(pk,ik和dk即可。在很多情況下,并不一定需要三個單元,可以取其中的一到兩個單元,但比例控制單元是必不可少的。根據(jù)上一章節(jié)推導出的三容水箱液位控制系統(tǒng)模型,在MATLAB中進行仿真。在simulink中構(gòu)造的模型如下圖3.5所示:根據(jù)多次人工試驗,得出較好的一組PID參數(shù)值,pk=0.1,ik=0.005和dk=1。仿真曲線圖如圖3.6所示:圖3.6傳統(tǒng)PID在三容水箱中的應用仿真圖400000s+34000s+560s+132600TransferFcnScopePIDPIDController10Constant10020030040050060070080090010002468101214163.4本章小結(jié)本章首先介紹了PID的控制原理,并對其比例、積分和微分三個單元的作用分別作了深刻的分析。根據(jù)PID控制器應用環(huán)境不同,又分為模擬PID和數(shù)字PID兩種,并且通過分析數(shù)字PID的不足,提出了增量式PID,通過比較總結(jié)了其優(yōu)勢所在。然后介紹了PID的兩種參數(shù)整定方法:理論設(shè)計方法和工程試驗方法。由于工程試驗方法目前應用比較廣泛,故又對其中的經(jīng)驗法、臨界比例度法以及阻尼振蕩法作了重點介紹?；谝陨戏治龊涂偨Y(jié),最后將傳統(tǒng)PID應用到三容水箱液位控制系統(tǒng)中,并在Matlab中進行了仿真。由仿真結(jié)果可以看出,將傳統(tǒng)PID應用到三容水箱液位控制系統(tǒng)中,雖然最終可以讓系統(tǒng)穩(wěn)定下來,但是還是有很多不足之處。一方面具有超調(diào)量大,振蕩頻繁等特點;另一方面通過仿真時間可以看出,系統(tǒng)到達穩(wěn)定狀態(tài)的時間慢,故表現(xiàn)出了很差的魯棒性能。不僅如此,在實際實驗中還發(fā)現(xiàn),在系統(tǒng)穩(wěn)定以后再加一擾動,系統(tǒng)很難再達到平衡狀態(tài)。分析其原因,一方面是被控對象過于復雜,具有高階非線性、慢時變、大滯后等特點;另一方面也跟PID控制器本身有關(guān)。傳統(tǒng)的PID控制最主要的問題就是參數(shù)的整定,并且一旦參數(shù)整定好了,在整個控制過程中都是固定不變的,然而實際中系統(tǒng)的狀態(tài)是不確定的,這樣一來系統(tǒng)就很難達到最佳的控制效果。因此,通過仿真并結(jié)合實際的實驗現(xiàn)象可以得出以下結(jié)論,采用傳統(tǒng)的PID控制器難以獲得滿意的控制效果。4模糊PID和神經(jīng)網(wǎng)絡PID在三容水箱液位控制系統(tǒng)中的應用4.1模糊PID在三容水箱中的應用模糊控制不同于其他的控制理論在于它是建立在人工經(jīng)驗基礎(chǔ)之上的,因此操作人員對現(xiàn)場過程的控制往往不需要對被控對象的數(shù)學模型有深入的了解,只需憑借豐富的實踐經(jīng)驗即可巧妙的對復雜的過程進行控制。如果對操作員的實踐經(jīng)驗進行總結(jié)和描述,然后用語言描述出來,即可得到一種定性的、不精確的模糊控制規(guī)則。借助模糊數(shù)學將其定量化就轉(zhuǎn)化為模糊控制算法,也就形成了模糊控制理論。通過以上分析可以總結(jié)出模糊控制的特點如下:(1無需知道被控對象的數(shù)學模型。模糊控制是以人對被控對象的控制經(jīng)驗為依據(jù)而設(shè)計的控制器,所以無需知道被控系統(tǒng)的數(shù)學模型。(2模糊控制是一種反映人類思維智慧的智能控制理論。它采用人類思維中的模糊量,如“高”、“中”、“低”、“大”、“小”等,模糊控制量通過模糊推理的推導所得。這些模糊量和模糊推理是人類通常智能活動的體現(xiàn)。(3很容易被人們所接受。由于模糊控制的核心是它的控制規(guī)則,而這些規(guī)則都是以人類語言表示的,理解起來很簡單。(4控制系統(tǒng)構(gòu)造容易?？梢赃\用用單片機等處理器來構(gòu)造模糊控制系統(tǒng),它的結(jié)構(gòu)與一般的數(shù)字控制系統(tǒng)大同小異,模糊控制算法部分可以用軟件編程實現(xiàn)。(5具有較好的魯棒性。不管被控系統(tǒng)是線性的還是非線性的,模糊控制系統(tǒng)都能執(zhí)行有效的控制,顯示出了良好的魯棒性和高度的適應性。模糊控制理論與應用技術(shù)研究僅有40多年的歷史,目前正處于方興未艾的迅速發(fā)展時期,雖然目前大規(guī)模集成電路技術(shù)、計算機技術(shù)以及工藝藝術(shù)的不斷發(fā)展使得模糊控制技術(shù)越來越成熟,但是它畢竟還只是一門新興學科,仍然有很多問題需要解決。其中模糊控制理論方面仍存在需要解決的問題還有以下幾個方面:(1模糊控制器的構(gòu)造。到目前為止,模糊控制器的構(gòu)造主要有三種技術(shù):1利用傳統(tǒng)的單片機或微型機作為硬件部分,在硬件基礎(chǔ)上編制相應的軟件來實現(xiàn)模糊控制和模糊推理;2運用模糊單片機或集成電路芯片構(gòu)造模糊控制器,利用配置的數(shù)據(jù)來確定模糊控制器的結(jié)構(gòu)形式;3采用可編程門陣列即FPGA來構(gòu)造模糊控制器,通過FPGA主要是來構(gòu)造控制表,需要事先作離線處理。(2模糊信息和精確信息之間進行轉(zhuǎn)換的物理結(jié)構(gòu)和方法。模糊信息與精確信息之間的轉(zhuǎn)換一般都是通過數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換再加上一些放大電路實現(xiàn)的。(3模糊控制器對外界環(huán)境的適應性能及適應技術(shù)。到目前為止還沒有專門的技術(shù)來解決對外界環(huán)境的適應性問題,一般都仍然采用傳統(tǒng)的技術(shù)或者依賴現(xiàn)有的工藝水平。(4實現(xiàn)模糊控制系統(tǒng)的軟技術(shù)。軟技術(shù)主要包括對模糊控制系統(tǒng)的仿真以及實際的工作軟件等等。目前已有多種仿真軟件出現(xiàn),像Matlab等。(5模糊控制器和被控對象的匹配技術(shù)。雖然模糊控制理論已得到了快速的發(fā)展,但是模糊控制器和被控對象的匹配技術(shù)仍然依賴于人們的實際經(jīng)驗。到目前為止,各個國家的學者專家提出的模糊推理有十多種以上,但是還沒有哪一種方法能在各個方面都表現(xiàn)出其最大的合理性和優(yōu)越性[5]。另外,雖然在模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面的研究已取得了一些顯著的成果,但是穩(wěn)定性理論還是很不完美,更有個別的穩(wěn)定性判決還是走傳統(tǒng)精確系統(tǒng)的李雅普諾夫準備的老路線,未能實現(xiàn)創(chuàng)新的方法。有的雖然已利用模糊理論對但輸入—單輸出系統(tǒng)建立了穩(wěn)定性判據(jù)條件,但對多輸入—多輸出系統(tǒng)的穩(wěn)定問題尚未解決。至于模糊學習、系統(tǒng)分析和設(shè)計,基本上還沒有一套合理而完整的方法。計算e,,ec模糊控制調(diào)節(jié)器Kp、Ki、KdPID控制算法被控對象狀態(tài)檢測r(ty(t圖4.1模糊PID控制系統(tǒng)原理圖如圖4.1所示,模糊PID控制系統(tǒng)主要是由模糊PID控制器和被控對象組成。由圖可知,模糊PID控制器由模糊控制調(diào)節(jié)器和PID控制算法兩部分共同組成;過程實測變量y(t與系統(tǒng)設(shè)定值r(t的差值e和差值變化率ec構(gòu)成了模糊PID控制系統(tǒng)的輸入變量,它們是確定數(shù)值的清晰量。經(jīng)過模糊控制調(diào)節(jié)器的模糊化、模糊推理、清晰化以后間接調(diào)節(jié)PID的比例、積分和微分系數(shù),進而通過在線改變PID的控制算法得到可操作的確定值u。這里的u就是模糊PID控制器的輸出值。通過u的調(diào)整控制作用,最終實現(xiàn)讓誤差e和誤差變化率ec都趨近于0,從而使被控系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)。由于此模糊PID控制器輸入變量有兩個,輸出量控制量有三個PK、IK、DK,但是都是分別控制的,故為二維模糊控制系統(tǒng)。此時,模糊規(guī)則有如下形式:ii22i11BisYthenAisXandAisXif這里i1A、Ai2和iB分別為輸入輸出論域上的模糊子集。這類模糊規(guī)則的模糊關(guān)系為:i1i2i1BAA(,(??==niyxR(4.1在實際控制系統(tǒng)中,1X一般取為控制誤差,2X一般取為誤差的變化。由于二維模糊控制器同時考慮到誤差和誤差變化率的影響,這種控制規(guī)則反映了一種非線性PD控制規(guī)律。待模糊PID控制器的結(jié)構(gòu)確定以后,接下來就可以具體的設(shè)計該結(jié)構(gòu)的模糊PID控制器。設(shè)計過程一般包括如下步驟:(1定義控制系統(tǒng)的輸入、輸出變量。根據(jù)受控系統(tǒng)所要求的檢測狀態(tài)和操作控制作用分別確定模糊控制器的輸入和輸出變量。(2定義控制系統(tǒng)中所有變量的模糊化條件。根據(jù)受控系統(tǒng)實際情況,確定輸入變量的測量范圍和輸出變量的控制作用范圍,然后確定每個變量的論域,根據(jù)變量論域安排各個變量的語言術(shù)語及其對應的隸屬函數(shù)。(3設(shè)計控制規(guī)則庫。根據(jù)專家知識和熟練操作者的操作經(jīng)驗將受控系統(tǒng)的控制過程用語言表述出來整理后建成系統(tǒng)控制規(guī)則庫。(4設(shè)計模糊推理結(jié)構(gòu)?？梢杂密浖谕ㄓ糜嬎銠C或單片機上實現(xiàn)模糊推理算法,也可以采用專門設(shè)計的模糊推理硬件集成電路芯片來實現(xiàn)。(5確定模糊判決的方法。由于模糊控制器的輸出是一個模糊量,為了實現(xiàn)對外部設(shè)備的模糊判決方法,還需要將控制器輸出的模糊量轉(zhuǎn)化為精確量。對于三容水箱液位控制系統(tǒng)而言,所謂偏差即為實際液位值與設(shè)定值的差值,所謂偏差的變化率即為兩個相鄰時刻液位偏差的差值,偏差和偏差的變化率作為模糊控PID制器的輸入量,是精確量,模糊PID控制器的輸入接口將這些精確量轉(zhuǎn)化為相應的模糊量,這些模糊量用相應的模糊語言子集表示,記為E和EC,由E、EC和模糊控制規(guī)則R,根據(jù)模糊推理規(guī)則進行模糊決策,得到模糊控制量U,即RECEU*(?=(4.2經(jīng)過模糊控制器的清晰化處理,將模糊控制量U轉(zhuǎn)化成精確量,將得到的數(shù)字量即PID參數(shù)PK、IK、DK送給PLC,然后將PLC的輸出經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)化成模擬量u(電壓控制信號,該信號經(jīng)過放大處理最終作用于水泵,使得水箱液位向逼近設(shè)定值的方向移動。三容水箱液位控制系統(tǒng)模糊PID控制器的設(shè)計如下:1輸入語言變量E、EC(1基本論域。在三容水箱液位控制系統(tǒng)中,偏差e和偏差的變化率ec的實際變化范圍為偏差e和偏差變化率ec的基本論域,分別記為[-e,e]和[-ec,ec]。(2量化論域。偏差的量化論域為{-6,-5,…,0,…,+5,+6};偏差變化率的量化論域為{-6,-5,…0,…,+5,+6}。(3量化因子。偏差的量化因子為eke/6=;偏差變化率的量化因子為eckec/6=。(4模糊子集。偏差的模糊子集為{NB,NM,NS,NO,PO,PS,PM,PB};偏差變化率的模糊子集為{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}。2輸出語言變量U(即PK、IK、DK(1確定量化論域。PK的量化論域為{-0.6,-0.4,-0.2,0,0.2,0.4,0.6};IK的量化論域為{-0.6,-0.4,-0.2,0,0.2,0.4,0.6};DK的量化論域為{-0.6,-0.4,-0.2,0,0.2,0.4,0.6}。(2確定比例因子。控制器輸出量的比例因子分別為6/PPk=ω、6/IIk=ω、6/DDk=ω。(3確定模糊子集?？刂破鬏敵隽康哪：蛹癁閧NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}。依據(jù)專家的總結(jié)經(jīng)驗,人們對事物的判斷通常采用正態(tài)分布的思維特點,故這里對輸入輸出的語言變量均選用正態(tài)函數(shù)作為其隸屬函數(shù),即2((baxex--=μ。3建立模糊控制規(guī)則表根據(jù)實際操作經(jīng)驗,可對PK、IK、DK中的任意一個輸出參數(shù)建立一組由49條模糊條件語句構(gòu)成的控制規(guī)則,例如PK的模糊控制規(guī)則如下:(4.3將上述49條模糊條件語句進行歸納,可建立PK、IK、DK模糊控制規(guī)則表,分別如表4.1~表4.3所示。PKNBNMNSZOPSPMPBPBZONSNSNMNMNBNBPMZOZONSNMNMNMNBPSPSPSZONSNSNMNMZOPMPSPSZONSNMNMNSPMPMPMPSZONSNMNMPBPBPMPMPSZOZONBPBPBPMPMPSPSZOZthenUNBECandPBEifor490ZthenUNMECandPBEifor48or30ZthenUPMECandNBEifor20ZthenUPBECandNBEif1============表4.2K模糊控制規(guī)則表IKIKNBNMNSZOPSPMPBIPBZOZOPSPMPBPBPBPMZOZOPSPMPMPBPBPSNSNSZOPSPSPMPMZONMNSNSZOPSPSPMNSNMNMNSNSZOPSPSNMNBNBNMNMNSZOZONBNBNBNBNMNMZOZO表4.3K模糊控制規(guī)則表DKDKNBNMNSZOPSPMPBDPBPSZOZOZOZOPBPBPMNMNSNSNSZOPSPSPSNBNMNSNSZOPSPSZONBNMNMNSZOPSPMNSNBNBNMNSZOPSPMNMNSNSNSNSZONSPMNBPSPSZOZOZOPBPB表中每一條模糊條件語句都決定一個模糊關(guān)系iR,通過49個模糊關(guān)系iR(i=1,2,…,49的“并”運算,可分別得到三容水箱液位控制系統(tǒng)PK、IK、DK控制規(guī)則的總的模糊關(guān)系R(4.44求模糊控制器輸出應用模糊推理合成規(guī)則,由系統(tǒng)偏差和偏差變化率的量化論域,根據(jù)輸入語言變量偏差E和偏差變化率EC求出相應輸出語言變量PK、IK、DK的模糊集合,應用最大隸屬度法對此模糊集合進行模糊判決,從而可求出控制量精確值PK、IK、DK的精確值KP、TI、TD帶入式子3-3,可求出k時刻加入到被控系統(tǒng)的控制量u(k。在第二章通過對三容水箱進行數(shù)學建模,求得該系統(tǒng)傳遞函數(shù)為:62310.0(-?+++=ssssG在Matlab的Command窗口輸入fuzzy命令,即可彈出fis(模糊推理系統(tǒng)對話框,根據(jù)模糊控制器設(shè)計構(gòu)造三容水箱液位控制系統(tǒng)的模糊推理系統(tǒng)如圖4.2~圖4.5所示。491494821===iiRRRRRR在simulink中構(gòu)造的模型如下圖示:根據(jù)公式[18]maxenKe=,maxecmKec=,luKumax=;其中n,m,l分別為eK,ecK,uK的量化等級,一般取值為6。maxe,maxec,maxu分別為誤差、誤差變化率和控制輸出的論域。通過多次嘗試,最終選取比例因子和量化因子的值分別為0.5,0.01,0.06。仿真結(jié)果如圖4.7所示。scope1ke3-K-ke2-K-ke1-K-ke0.6kc0.0012den(sTransferFcnStepSaturation4Saturation3Saturation2Saturation1SaturationProduct3Product2Product11sIntegrator1du/dtDerivative14.2神經(jīng)網(wǎng)絡PID在三容水箱中的應用神經(jīng)網(wǎng)絡是由很多單個神經(jīng)元進行組合,相互聯(lián)合而成的復雜網(wǎng)絡,相比單神經(jīng)元它極大的提高了神經(jīng)元解決問題的能力。神經(jīng)網(wǎng)絡是一種大規(guī)模的并行分布式處理的非線性動力系統(tǒng),它為智能控制提供了新的途徑,是智能控制重要的分支之一。也正是由于它具有非線性動力學復雜性,才可以在更高層次上體現(xiàn)人腦特有的智能行為,從而為智能控制的研究提供了新的途徑。神經(jīng)網(wǎng)絡的研究起源于1957年感知器模型的提出錯誤!未找到引用源。,它與人工智能理論的研究幾乎同時開始,但是在接下來40多年的時間內(nèi),并沒有像人工智能控制那樣取得巨大的成功。直到20世紀80年代,真正可行的神經(jīng)網(wǎng)絡算法才開始被提出。隨著智能化處理在神經(jīng)網(wǎng)絡中的應用,控制系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn)形式愈來愈嚴峻,這也成為了促進神經(jīng)網(wǎng)絡控制不斷發(fā)展的動力源泉。神經(jīng)網(wǎng)絡控制的研究受到了越來越多學者的關(guān)注,一方面它可以以任意精度逼近復雜的輸出有界的非線性函數(shù);另一方面它采用分布式處理具有很強的容錯性,可實現(xiàn)在線或離線計算,從而滿足所需要的控制要求。2468101214目前神經(jīng)網(wǎng)絡在自動控制系統(tǒng)中的應用幾乎涉及到了各個方面,包括系統(tǒng)辨識、非線性系統(tǒng)控制、智能控制、優(yōu)化計算以及控制系統(tǒng)的故障