過程控制系統(tǒng)及儀表(第3版)：14-12第8章_先進(jìn)控制系統(tǒng)介紹(編輯修改稿)
2025-06-15 15:15 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 動(dòng)式的有限時(shí)域優(yōu)化策略。即優(yōu)化過程不是一次離線完成的，而是反復(fù)在線進(jìn)行的，在每一采樣時(shí)刻，優(yōu)化性能指標(biāo)只涉及從該時(shí)刻起到未來(lái)有限時(shí)間，而到下一個(gè)采樣時(shí)刻，這一優(yōu)化時(shí)段會(huì)同時(shí)向前推移。 ?預(yù)測(cè)控制不是用一個(gè)對(duì)全局相同的優(yōu)化性能指標(biāo)，而是在每一時(shí)刻有一個(gè)相對(duì)于該時(shí)刻的局部?jī)?yōu)化性能指標(biāo)。 30 (4)參考軌線 ?在預(yù)測(cè)控制中，為使過程避免出現(xiàn)輸入和輸出的急劇變化，往往要求過程輸出沿著一條所期望的、平緩的曲線達(dá)到設(shè)定值。這條曲線通常稱為參考軌線。它是設(shè)定值經(jīng)過在線“柔化”后的產(chǎn)物。 ?預(yù)測(cè)控制的優(yōu)良性質(zhì)： ?對(duì)數(shù)學(xué)模型要求不高，能直接處理具有純滯后過程，具有良好的跟蹤性能和較強(qiáng)的抗擾動(dòng)能力，對(duì)模型誤差具有較強(qiáng)的魯棒性等。 ?這些優(yōu)點(diǎn)使預(yù)測(cè)控制更加符合工業(yè)過程的實(shí)際要求，這是 PID控制無(wú)法相比的。 31 三代軟件包 : ? 第一代預(yù)測(cè)控制軟件包 ? 以 IDCOM和 DMC為代表，主要處理無(wú)約束過程的預(yù)測(cè)控制。 ? 第二代預(yù)測(cè)控制軟件包 ? QDMC算法可以被稱為它采用二次規(guī)劃方法（ QP）求解，可以系統(tǒng)地處理輸入、輸出約束問題。為了解決無(wú)可行解的問題，控制結(jié)構(gòu)能隨情況發(fā)生變化，能使用于過程動(dòng)態(tài)特性以及更高的品質(zhì)要求。 32 ?第三代預(yù)測(cè)控制軟件包 ?主要有：美國(guó) DMC公司的 DMC, Setpoint公司的IDCOMM,SMCA, Honeywell 公司的 RMPCT, Aspen公司的 DMCPLUS，法國(guó) Adersa公司的 PFC，加拿大 Treiber Controls公司的 OPC等，成功應(yīng)用于石油化工的催化裂化、常減壓、連續(xù)重整、延遲焦化、加氫裂化等重要裝置。 ?我國(guó)通過重點(diǎn)科技攻關(guān)，在先進(jìn)控制與優(yōu)化方面積累了許多經(jīng)驗(yàn)，成功應(yīng)用實(shí)例亦不少，部分成果已逐漸形成商品化軟件。 33 自適應(yīng)控制 ?PID控制系統(tǒng)，均指控制器有固定參數(shù)的系統(tǒng)。 ?實(shí)際上，復(fù)雜的工藝過程往往具有不確定性（如環(huán)境結(jié)構(gòu)和參數(shù)的未知性、時(shí)變性、隨機(jī)性、突變性等）。對(duì)于這類生產(chǎn)過程，采用之前介紹的 PID常規(guī)控制方案往往不能獲得令人滿意的控制效果，甚至還可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失控。 ?為了解決在被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)存在不確定性時(shí)，系統(tǒng)仍能自動(dòng)地工作于最優(yōu)或接近于最優(yōu)的狀態(tài)，就提出了自適應(yīng)控制。 34 三是具有自動(dòng)調(diào)整控制器的控制規(guī)律或參數(shù)的能力。 ?自適應(yīng)控制是建立在系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型參數(shù)未知的基礎(chǔ)上 ， 在控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中 ， 系統(tǒng)本身不斷測(cè)量被控系統(tǒng)的參數(shù)或運(yùn)行指標(biāo) ， 根據(jù)參數(shù)或運(yùn)行指標(biāo)的變化 ， 改變控制參數(shù)或控制作用 ， 以適應(yīng)其特性的變化 ， 保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)下 。 ?一個(gè)自適應(yīng)控制系統(tǒng)至少應(yīng)包含有以下三個(gè)部分： 一是具有一個(gè)檢測(cè)或估計(jì)環(huán)節(jié) ， 目的是監(jiān)視整個(gè)過程和環(huán)境 ， 并能對(duì)消除噪聲后的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類 。 通常是指對(duì)過程的輸入 、 輸出進(jìn)行測(cè)量 ， 進(jìn)而對(duì)某些參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì) 。 二是具有衡量系統(tǒng)控制優(yōu)劣的性能指標(biāo) ， 并能夠測(cè)量或計(jì)算它們 ， 以此來(lái)判斷系統(tǒng)是否偏離最優(yōu)狀態(tài) 。 35 ?自校正控制系統(tǒng) 36 模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)主要用于隨動(dòng)控制。 這類控制的典型特征是參考模型與被控系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行，參考模型表示了控制系統(tǒng)的性能要求。 ?模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng) 37 2. 模糊控制 ? 模糊控制是用模糊數(shù)學(xué)的知識(shí)模仿人腦的思維方式，對(duì)模糊現(xiàn)象進(jìn)行識(shí)別和判決，給出精確的控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。 模糊控制 1. 手動(dòng)控制 ? 操作人員根據(jù)對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)和以往的控制經(jīng)驗(yàn)，用手動(dòng)控制的方法給出適當(dāng)?shù)目刂屏?，?duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。 38 操作員 手動(dòng)給出 控制經(jīng)驗(yàn) + 當(dāng)前狀態(tài) 控制量 模糊控制 事先總結(jié)歸 納出一套完 整的控制規(guī) 則，放在計(jì) 算機(jī)中。 模糊推理判決 計(jì)算出 控制量 手動(dòng)控制 + 傳感器 測(cè)量的 當(dāng)前值 手動(dòng)控制和模糊控制的比較 39 ?首先根據(jù)操作人員手動(dòng)控制的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出一套完整的控制規(guī)則，再根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)過模糊推理、模糊判決等運(yùn)算，求出控制量，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制。 用計(jì)算機(jī)模擬操作人員手動(dòng)控制的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。 3. 模糊控制的基本思想 ?與經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論相比，模糊控制的主要特點(diǎn)是不需要建立對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。 4. 模糊控制的特點(diǎn) 40 5. 模糊控制的發(fā)展 模糊控制的起源 ?1965年 美國(guó)加利福尼亞大學(xué)自動(dòng)控制專家 Zadeh （扎德 或 查德）教授的論文 《 模糊集合論 》 。 ?1974年 英國(guó)工程師 （ ）馬丹尼將模糊集合理論應(yīng)用于鍋爐和蒸汽機(jī)的控制，獲得成功，模糊數(shù)學(xué)走向應(yīng)用，取名模糊控制。 41 ?智能模糊控制：具有人工智能的特點(diǎn)，能對(duì)原始規(guī)則進(jìn)行修正、完善和擴(kuò)展，通用性強(qiáng)。 2）自組織模糊控制 模糊控制發(fā)展的三個(gè)階段 1）基本模糊控制 3）智能模糊控制 ?基本模糊控制：針對(duì)特定對(duì)象
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