談供水泵站的最佳控制策略

Word版本，下載可自由編輯談供水泵站的最佳控制策略隨著自動化程度的不斷提升，運動控制系統(tǒng)可以采納以前很難實現(xiàn)的復雜算法，控制性能也有了很大的提升。運動控制系統(tǒng)中控制器的智能化，為解決那些用傳統(tǒng)辦法難以解決的復雜系統(tǒng)的控制提供了有效的理論和辦法。運動控制辦法較為成熟的有：PID控制算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡控制、含糊控制、專家控制、仿人智能控制等。

二、運動控制的主要辦法

1.PID控制。PID控制是最早進展起來的、應用領域至今仍然廣泛的控制辦法之一，它是基于對象數(shù)學模型的辦法，尤其適用于可建立精確數(shù)學模型確實定性控制系統(tǒng)。但對于非線形、時變不確定性系統(tǒng)，難以用常規(guī)的PID控制器達到抱負的控制效果。而且，在實際生產(chǎn)中，因為受參數(shù)整定辦法繁雜的困擾，常規(guī)的PID參數(shù)往往整定不良、性能欠佳。

2.人工神經(jīng)網(wǎng)絡控制。人工神經(jīng)網(wǎng)絡起源于20世紀40年月，它從某些方面反映了人腦的基本特征，但并不是人腦的真切描寫，而只是它的抽象、簡化和模擬，網(wǎng)絡的信息處理由神經(jīng)元間的互相作用來實現(xiàn)。神經(jīng)網(wǎng)絡控制的關鍵是挑選一個合適的神經(jīng)網(wǎng)絡模型，并對其舉行訓練與學習，直至達到要求為止，即尋覓最優(yōu)的神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)構與權值。然而，神經(jīng)網(wǎng)絡的學習，需要一定的試驗樣本，這些試驗樣本也必需從已知閱歷和事先的試驗中獲得。同時，神經(jīng)網(wǎng)絡的訓練與學習過程，有時較為復雜，需要運行成千上萬次才干獲得最佳結(jié)構。有時獲得的是一個局部最優(yōu)解，而不是全局最優(yōu)解，因辦法的局限性，同樣也難于對所研究的對象實現(xiàn)有效的控制。

3.含糊控制。實際工程中，一個十分嫻熟的操作人員，能憑借自己豐盛的實踐閱歷，利用對現(xiàn)場的各種現(xiàn)象的推斷取得較愜意的控制效果。假如將憑閱歷所實行的措施改變成相應的控制規(guī)章，并且研制一個控制器來代替這些規(guī)章，也可實現(xiàn)對復雜工業(yè)過程的控制。實踐證實，以含糊控制理論為基礎的含糊控制器(FC)能夠完成這個任務。

含糊控制是基于含糊推理和仿照人的思維辦法，對難以建立數(shù)學模型的對象實施的一種控制。它用含糊數(shù)學中的含糊集合來刻畫這些含糊語言，并用產(chǎn)生式規(guī)章，即“如果條件成立則執(zhí)行”語句予以實現(xiàn)。含糊控制技術的應用在國內(nèi)已取得顯然效果。

4.專家控制。專家控制是智能控制的一個重要部分，它在將專家系統(tǒng)的理論和技術同控制理論的理論和辦法有機結(jié)合的基礎上，在未知環(huán)境下仿照專家的智能，實現(xiàn)對系統(tǒng)的有效控制。專家控制的核心是專家系統(tǒng)，它具有處理各種非結(jié)構性問題，尤其是處理定性的、引發(fā)式的或不確定性的學問信息，經(jīng)過各種推理過程達到系統(tǒng)的控制目標。

5.仿人智能控制。仿人智能控制(HSIC)經(jīng)過20年來的努力，已形成了基本理論體系和較系統(tǒng)的設計辦法，并在大量的實際應用中獲得勝利。其主要內(nèi)容是總結(jié)人的控制閱歷，仿照人的控制思想和行為，以產(chǎn)生式規(guī)章描述其在控制方面的引發(fā)與直覺推理行為。因為HSIC的基本特點是仿照控制專家的控制行為，因此它的控制算法是多模態(tài)控制的，是多種模態(tài)控制間的互相交替使用。該算法可以完善地協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中諸多互相沖突的控制品質(zhì)的要求。比如，魯棒性與精確性，迅速性與平穩(wěn)性等。

三、供水泵站特點與其控制要求

在城市建設的進展過程中，智能建造已成為人們追求良好居住條件的一個標準，而供水泵站是智能建造群域不行缺少的環(huán)節(jié)，合理挑選水泵的控制方式，不僅可以降低工程造價，還能節(jié)能。

1.供水系統(tǒng)特性。針對特定對象，用戶用水最突出的特點是隨機性，哪個用戶用水、用多少水、什么時候用水等，都具有很大的不確定性。從宏觀角度考慮，供水系統(tǒng)特性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

系統(tǒng)參數(shù)的未知性、時變性、隨機性和簇擁性；

系統(tǒng)滯后的未知性和時變性；

系統(tǒng)嚴峻的非線性；

系統(tǒng)各變量間的關聯(lián)性；

環(huán)境干擾的未知性、多樣性和隨機性。

2.控制中存在的問題。上述特性，屬于不確定性的復雜對象(或過程)的控制問題，傳統(tǒng)控制已經(jīng)無能為力，主要表現(xiàn)在：

不確定性問題。供水系統(tǒng)中的無數(shù)控制問題具有不確定性，用傳統(tǒng)辦法難以建模，因而也無法實現(xiàn)有效的控制。

高度非線性。在供水系統(tǒng)中有大量的非線性問題存在，傳統(tǒng)控制理論中，非線性理論遠不如線性理論成熟，因辦法過分復雜而難以應用。

半結(jié)構化與非結(jié)構化問題。傳統(tǒng)控制理論無法解決供水系統(tǒng)中的半結(jié)構化與非結(jié)構化問題。

供水系統(tǒng)復雜性問題。復雜系統(tǒng)中各子系統(tǒng)間關系錯綜復雜，各要素間高度耦合，相互制約，外部環(huán)境又極其復雜，傳統(tǒng)控制缺乏有效的解決辦法。

牢靠性問題。常規(guī)的基于數(shù)學模型的控制問題傾向于是一個互相依靠的整體，對容易系統(tǒng)的控制的牢靠性問題并不突出。而對供水系統(tǒng)，假如采納上述辦法，則(下轉(zhuǎn)第18頁）可能因為條件的轉(zhuǎn)變使囫圇控制系統(tǒng)崩潰。

由此可見，用傳統(tǒng)的辦法不能對這類系統(tǒng)舉行有效的控制，必需探究更有效的控制辦法。

3.控制要求。無論采納什么樣的控制手段，都要滿足用戶用水需求(即維持一定的水壓)、庇護環(huán)境不受噪聲污染，此外還要考慮節(jié)能。因此，控制要求可以確定為在滿足用戶對供水要求的前提下，盡可能削減環(huán)境污染和節(jié)省能源。

四、控制策略的選取

控制策略選取與被控對象特性是緊密相關的，錯誤或不當?shù)目刂撇呗酝鶗е驴刂菩Ч麡O差，甚至導致系統(tǒng)失控。

目前，在現(xiàn)代的供水泵站中為了節(jié)能都普遍采納了變頻器，為提升控制品質(zhì)制造了良好條件。

變頻器里普通都有PID控制模塊，但對不確定性的供水復雜系統(tǒng)，用PID算法并不恰當。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡，因辦法的局限性，同樣也難于對所研究的對象實現(xiàn)有效的控制。

專家控制系統(tǒng)(ECS)，因為特征信息的采集、特征信息的表述以及完備學問庫的建立實現(xiàn)難度大，采納專家控制系統(tǒng)也不一定是—個好的挑選。

以含糊控制理論為基礎的含糊控制器(FC)能夠?qū)崿F(xiàn)對復雜工業(yè)過程的控制。其控制品質(zhì)和效果還是令人愜意的，是一種可供挑選的策略。

仿人智能控制，專家分離采納HISC與FC控制策略對不確定性復雜對象(或過程)作過仿真討論，雖然兩者都是基于誤差和誤差變化率等來計算控制量，但因系統(tǒng)復雜、不確定性因素多、關聯(lián)性特強(強耦合)的特點，經(jīng)現(xiàn)場實驗比較，HISC與FC都能實施有效控制，但控制品質(zhì)與魯棒性前者更好，因此采納HSIC完成對不確