【文章內(nèi)容簡介】 以及在頂升過程前、中、后的變形情況來分析建筑物整體變形情況。2. 3 液壓同步頂升控制系統(tǒng)主要電氣原理圖電氣控制線路是用導(dǎo)線將電動機、電器，儀表等元器件按一定的要求連接起來，并實現(xiàn)某種特定控制要求的電路。電氣控制線路的設(shè)計分為主線路設(shè)計和輔助線路設(shè)計。主線路是電氣控制線路中大電流通過的部分，包括從電源到電動機之間相連的電器元件，一般由組合開關(guān)﹑主熔斷器﹑接觸器主觸點﹑熱繼電器的熱元件和電動機等組成。圖22即為液壓同步頂升控制系統(tǒng)的主回路接線圖。其中FU為保險絲，QF為空氣開關(guān)，KM為接觸器，F(xiàn)R為熱繼電器。輔助線路指的是控制中除主線路以外的線路，其流過的電流比較小。輔助線路包括控制電路﹑照明電路﹑信號電路和保護電路。其中控制電路是由按鈕﹑接觸器和繼電器的線圈及輔助觸點﹑熱繼電器觸點﹑保護電器觸點等組成。圖22 液壓同步頂升控制系統(tǒng)主回路接線圖2. 4 監(jiān)控模式的選擇液壓同步頂升控制系統(tǒng)往往應(yīng)用在建筑物整體移位、建筑模板自動爬升、大型設(shè)備起重安裝等領(lǐng)域,操作對象往往是大型物體，因此施工過程中的安全是一個至關(guān)重要的問題，這就對施工單位的安全施工提出了比較高的要求。一方面要求我們所設(shè)計的系統(tǒng)具有更高的穩(wěn)定性；另一方面可以考慮操作人員及其設(shè)備遠離施工危險區(qū)域。因此我們設(shè)計了兩個方案可供選擇：方案一：PLC控制系統(tǒng)以及上位機監(jiān)控系統(tǒng)全部安置在施工危險區(qū)域界外，二者之間的通信建立在以RS422標準為基礎(chǔ)的異步雙向通信上的，操作人員在現(xiàn)場操作控制系統(tǒng)；方案二：PLC控制系統(tǒng)安置在施工危險區(qū)域界外，上位機監(jiān)控系統(tǒng)可以安置在別處，可以在辦公室，也可以在另外一個城市，二者直接通過Internet網(wǎng)絡(luò)連接，通過專家人員來遠程遙控整個施工過程。由于整個系統(tǒng)的操作主要由上位機來完成，因此兩個方案各有利弊，在方案一中，上位機監(jiān)控系統(tǒng)跟PLC控制柜安置在一起，可以進行實時地控制，但是對現(xiàn)場操作人員要求比較高，操作人員必須熟悉整個系統(tǒng)的操作，并且為了能及時地解決現(xiàn)場的突發(fā)問題，因此必須有相關(guān)的專家在現(xiàn)場，但是由于時間、地域等因素，有時侯可能沒有相關(guān)的專家在現(xiàn)場；在方案二中，上位機監(jiān)控系統(tǒng)跟PLC控制柜不在一處，操作人員可以遠程控制整個系統(tǒng)，專家人員也可以提供網(wǎng)上指導(dǎo)，但是考慮到網(wǎng)絡(luò)的延遲性等因素，如果現(xiàn)場有什么突發(fā)狀況，控制可能會出現(xiàn)延滯，這樣就提高了工程的危險性。經(jīng)過我們查找資料、分析研究以及專家人員的指導(dǎo)，我們綜合了兩個方案的優(yōu)點，將上位機監(jiān)控系統(tǒng)跟PLC控制柜安置在現(xiàn)場，二者之間通過以RS422標準為基礎(chǔ)的異步雙向通信，然后上位機通過Internet網(wǎng)絡(luò)跟遠程的計算機相連接，這樣就可以在現(xiàn)場進行操作控制，同時專家人員也可以通過網(wǎng)絡(luò)觀察整個施工過程，需要的話也可以及時地提供實時的指導(dǎo)。11第三章 灰色預(yù)測模糊控制算法第三章 灰色預(yù)測模糊控制算法3. 1 控制策略的選擇液壓控制是液壓技術(shù)領(lǐng)域的一個重要分支，同時它也是自動控制領(lǐng)域的一個重要組成部分，其理論基礎(chǔ)是研究自動控制系統(tǒng)的運動規(guī)律并將其運用于自動控制系統(tǒng)的自動控制理論[13]。目前已知的研究已經(jīng)大體上解決了液壓控制系統(tǒng)本身的理論，近年來的研究大多是傾向于利用計算機對復(fù)雜系統(tǒng)（如多變數(shù)液壓系統(tǒng)）、對復(fù)雜因素（如非線性、時變等）進行仿真分析的研究，其中大量的研究是圍繞著動態(tài)特性進行的。隨著系統(tǒng)應(yīng)用目的的多樣化，控制對象也變得愈來愈復(fù)雜，大慣量、變參數(shù)、非線性及外部干擾的問題是經(jīng)常遇到的。要使這些系統(tǒng)都能擁有令人滿意的性能，就必須研究系統(tǒng)的性能補償問題與近代的控制策略。實現(xiàn)液壓同步控制一般主要有開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種基本形式。開環(huán)控制的液壓系統(tǒng)，由于它完全地依靠液壓控制元件本身的精度來控制執(zhí)行元件的同步驅(qū)動，而并不對執(zhí)行元件的輸出進行監(jiān)測與反饋，所以它不能消除或者抑制那些會對高精度同步產(chǎn)生不利影響的因素。液壓同步系統(tǒng)的閉環(huán)控制通過對執(zhí)行元件的輸出量進行檢測與反饋，從而構(gòu)成反饋閉環(huán)控制，在很大程度上消除或抑制了不利因素的影響，獲得了高精度的同步控制[14]。所以液壓同步閉環(huán)控制已經(jīng)越來越得到人們的重視，特別是隨著現(xiàn)代控制理論及計算機控制技術(shù)的發(fā)展，該種控制方式幾乎在所有需要高精度同步控制的液壓系統(tǒng)上都得到了較好的應(yīng)用?？v觀當今液壓控制的研究現(xiàn)狀，在現(xiàn)代控制理論研究成果基礎(chǔ)上，近十幾年來提出了多種先進控制策略，并對其相關(guān)理論和應(yīng)用技術(shù)進行了研究。常見的先進控制策略如下：(1) PID控制在工業(yè)控制過程中，PID控制是歷史最悠久、生命力最強的控制方式[15]。我們今天熟知的PID控制器產(chǎn)生并發(fā)展于20世紀初期，PID控制是一種基于系統(tǒng)誤差的控制方法，通過對誤差的“現(xiàn)在”、“過去”和“未來”信息進行線性組合來確定控制量，自20世紀40年代以來，盡管推出了許多先進的控制方法，但PID控制具有結(jié)構(gòu)簡單、模型誤差的魯棒性好及易于操作等優(yōu)點，至今仍然在液壓控制系統(tǒng)占有一席之地?，F(xiàn)在，我國對PID控制器的應(yīng)用也非常普遍。PID傳遞函數(shù)可表示為： （31）其中Kp為比例增益系數(shù)，Ki為積分增益系數(shù)，Kd為微分增益系數(shù)，一般來說，在應(yīng)用PID技術(shù)控制液壓系統(tǒng)時，參數(shù)的選取有些獨到之處。在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)Kd和Kp兩個參數(shù)即可使液壓機構(gòu)達到最優(yōu)控制的狀態(tài)，積分增益系數(shù)Ki對液壓機構(gòu)的影響不大，一般可以不予考慮。由于PID控制有其固有的缺點，即難以協(xié)調(diào)快速性和無超調(diào)之間的矛盾；在參數(shù)變化和外界干擾的情況下其魯棒性不好等，有時候不能達到理想的控制效果。隨著對系統(tǒng)性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)的PID控制往往不能滿足系統(tǒng)要求，在這種情況下，對傳統(tǒng)的PID控制進行改造，使其適應(yīng)新的系統(tǒng)要求成為了新的研究熱點。計算機技術(shù)和智能控制理論的發(fā)展為傳統(tǒng)的PID控制提供了新的途徑。采用智能控制技術(shù)，可以將模糊控制與PID控制結(jié)合形成模糊PID控制，智能控制與PID控制結(jié)合形成智能PID控制，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制等，這種復(fù)合PID控制能很好的達到控制要求[16]。(2) 最優(yōu)控制（optimal control,optimum control）最優(yōu)控制是研究和解決從一切可能的控制方案中尋找最優(yōu)解的一門學科，是現(xiàn)代控制理論的重要組成部分[17]。在20世紀50年代末，龐特里亞金和貝爾曼兩位科學家為最優(yōu)控制做出了奠基性的研究工作。這幾十年來，經(jīng)歷了從經(jīng)典控制理論發(fā)展到現(xiàn)代控制理論，從大系統(tǒng)發(fā)展到智能系統(tǒng)，最優(yōu)控制作為一種有效的控制手段，始終起著重要的作用。從數(shù)學意義上講，最優(yōu)控制其實是一種求極值的方法，即在一組約束為等式或不等式的條件下，使得目標函數(shù)取極值，即最大值或最小值。最優(yōu)控制問題實質(zhì)上是動態(tài)過程的優(yōu)化過程，如最小時間控制、最佳調(diào)節(jié)器設(shè)計及H∞最優(yōu)控制等都屬于最優(yōu)控制問題。這類問題的解是以狀態(tài)變量作為函數(shù)的控制量，特別是當假設(shè)時間域為無限大的情況下，可以用Riccati代數(shù)方程式來求得最優(yōu)解，最優(yōu)控制量則由時不變狀態(tài)反饋增益來實現(xiàn)。(3) 自適應(yīng)控制（Adaptive Control）自適應(yīng)控制是一種采用自動方法改變或影響控制參數(shù)，以補償被控過程的特性以及運行條件的變化，改善控制系統(tǒng)性能的控制方法。它將已知控制對象特性的模型辨識和根據(jù)已知特性決定控制量的控制規(guī)律設(shè)計這兩方面的問題結(jié)合在一起考慮，是一種新型的控制方法。自上世紀五十年代末期由美國麻省理工學院提出第一個自適應(yīng)控制系統(tǒng)以來，先后出現(xiàn)了許多形式完全不同的自適應(yīng)控制系統(tǒng)[18]。1974年吉爾巴特和溫斯頓（Gilbart and Winston）在24in的光學跟蹤望遠鏡中利用模型參考自適應(yīng)控制把跟蹤精度提高了五倍以上；，實踐證明船舶在復(fù)雜變化的隨即環(huán)境下依舊能準確、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟地運行[19]。目前自適應(yīng)控制理論的研究方向有：1).自適應(yīng)控制的收斂性 在預(yù)先給定的條件下，一個自適應(yīng)算法能夠收斂達到預(yù)期目標，并且保證系統(tǒng)的所有變量在次收斂過程中都有界。目前，關(guān)于非線性系統(tǒng)自適應(yīng)控制算法收斂性的研究結(jié)果還比較少，很不系統(tǒng)，與應(yīng)用要求還有較大的差距。2).自適應(yīng)控制的穩(wěn)定性 在外界干擾的影響下，自適應(yīng)控制系統(tǒng)的狀態(tài)、輸入、輸出和參數(shù)等的界限問題[20]。3).自適應(yīng)控制的魯棒性 魯棒性是指當系統(tǒng)存在動態(tài)特性、過程噪聲、隨機擾動的情況下，系統(tǒng)仍能保持穩(wěn)定性和必要的動態(tài)性能。過程噪聲和隨機擾動能使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生時變以及漂移，從而導(dǎo)致自適應(yīng)控制系統(tǒng)變的不穩(wěn)定，特別當系統(tǒng)存在未建模動態(tài)特性時，有可能使自適應(yīng)控制系統(tǒng)喪失穩(wěn)定性。(4) 變結(jié)構(gòu)控制（Variable Structure Control）控制對象的復(fù)雜程度日漸增加，系統(tǒng)運行環(huán)境因時而異，在進行控制系統(tǒng)設(shè)計時，又不可避免地會遇到不確定性模型，研究人員不得不在穩(wěn)定性與動態(tài)性能之間作出某種協(xié)調(diào)，以確保控制系統(tǒng)既具有較強的穩(wěn)定性，又能獲得較高的動態(tài)品質(zhì)。20世紀50年代由前蘇聯(lián)學者歐曼爾揚諾夫（）提出了變結(jié)構(gòu)控制方案，成功地為不確定性系統(tǒng)提供了一套有效的綜合控制方法。“變結(jié)構(gòu)”一詞意味著控制器的結(jié)構(gòu)可能會發(fā)生變化，其基本原理在于：當系統(tǒng)狀態(tài)穿越狀態(tài)空間的滑動超平面時，反饋控制的結(jié)構(gòu)就發(fā)生變化，從而使系統(tǒng)性能達到某個期望指標（）[20]。變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)能夠通過控制器本身結(jié)構(gòu)的變化，使得系統(tǒng)性能保持著優(yōu)于一般固定結(jié)構(gòu)控制的性能，突破了經(jīng)典線性控制系統(tǒng)的品質(zhì)限制，較好地解決了動態(tài)性能指標與靜態(tài)性能指標之間的矛盾。變結(jié)構(gòu)控制已經(jīng)成為新型控制技術(shù)的一個重要分支，從廣義上講，變結(jié)構(gòu)控制在多數(shù)情況下指的是滑膜控制，如開關(guān)控制、多模態(tài)控制等都屬于變結(jié)構(gòu)控制。變結(jié)構(gòu)控制的缺點就是系統(tǒng)存在抖動—非線性引起的自振，因此，如何消除其中的“抖振”現(xiàn)象，是變結(jié)構(gòu)控制的一個重要的研究課題。(5) 魯棒控制（Robust Control）魯棒性是指控制系統(tǒng)在未建模動態(tài)特性、過程噪聲、隨機擾動的情況下，仍然能夠維持某些性能的特性。根據(jù)對性能的不同定義，可以分為穩(wěn)定魯棒性和性能魯棒性。魯棒控制方面的研究始于20世紀50年代，由于工作狀況變動、外部干擾以及建模誤差的緣故，實際工業(yè)過程的精確模型很難得到，而系統(tǒng)的各種故障也將導(dǎo)致模型的不確定性，因此如何設(shè)計一個固定的控制器，使具有不確定性的對象滿足控制品質(zhì)，也就是魯棒控制，成為國內(nèi)外科研人員的研究課題。魯棒控制這一概念。魯棒控制是研究當系統(tǒng)有一定范圍的參數(shù)不確定性及一定限度的未建模誤差時的控制器設(shè)計問題，使系統(tǒng)閉環(huán)仍能保持穩(wěn)定并保證期望的動態(tài)品質(zhì)。魯棒控制的主要理論有：1）Kharitonov定理；2）Zames的H∞控制理論；3）Doyle提出的結(jié)構(gòu)奇異理論（μ理論）。魯棒控制的主要研究方法有：1）研究對象是閉環(huán)系統(tǒng)的狀態(tài)矩陣或特征多項式的代數(shù)方法；2）從系統(tǒng)傳遞函數(shù)或傳遞函數(shù)矩陣出發(fā)的頻域法[21]。在過去的幾十年，H∞控制理論得到了很大的發(fā)展，但是依然存在著不少問題，如非線性H∞控制的研究還沒有比較完備的結(jié)果，在解決魯棒問題的同時不能滿足其他的性能要求（如二次指標最小等）。在液壓控制中，H∞控制理論已經(jīng)有了不少應(yīng)用性的研究，但在實際生產(chǎn)中應(yīng)用卻還比較少，有待繼續(xù)努力。(6) 模型預(yù)測控制（Model Predictive Control）模型預(yù)測控制亦稱預(yù)測控制，是一種基于模型的先進控制策略，最早出現(xiàn)在20世紀70年代中后期，其主要特征是：[21]以預(yù)測模型為基礎(chǔ)，采用二次型在線滾動優(yōu)化性能指標與反饋校正的策略，來克服受控對象建模誤差、參數(shù)和環(huán)境不確定性因素的影響，有效地彌補了現(xiàn)代控制理論對復(fù)雜受控對象所無法避免的不足之處，具有控制效果好、魯棒性強等優(yōu)點，并能方便地處理被控變量和操縱變量中的各種約束。模型預(yù)測控制的基本結(jié)構(gòu)模式主要有三種：1）以非參數(shù)模型為預(yù)測模型的預(yù)測控制算法；2）與經(jīng)典自適應(yīng)相結(jié)合的一類長程預(yù)測控制算法；3）基于結(jié)構(gòu)設(shè)計不同的另一類預(yù)測控制算法。預(yù)測控制目前算法繁多，但歸納起來，它的任何算法形式都包括了預(yù)測模型、參考軌跡、在線校正、目標函數(shù)性能指標、在線滾動優(yōu)化等五個方面。預(yù)測控制的主要特點如下：1）預(yù)測模型的多樣性 從原理上講，只要是具有預(yù)測功能的受控對象模型，無論采用什么描述形式和建模方法，都可以作為預(yù)測模型。2）滾動優(yōu)化的時變性 預(yù)測控制采用的是在有限時域內(nèi)的滾動優(yōu)化策略，即在每一時刻，采用對未來充分長時間內(nèi)的理想優(yōu)化和包含系統(tǒng)存在的時變、不確定性、局域優(yōu)化相兼顧的目標函數(shù)[21]。3）在線校正的魯棒性 在預(yù)測控制中，把系統(tǒng)輸出的動態(tài)預(yù)估問題分為預(yù)測模型的輸出預(yù)測和基于偏差的預(yù)測校正兩部分。預(yù)測模型僅僅只是對動態(tài)特性的粗略描述，不可能完全包括實際系統(tǒng)存在的非線性、時變性、模型失配與隨機干擾等因素，因此預(yù)測模型與系統(tǒng)輸出必然存在偏差，對這種偏差進行在線校正，構(gòu)成具有負反饋的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，就可以提高預(yù)測控制系統(tǒng)的魯棒性?；疑A(yù)測控制是將控制理論與灰色系統(tǒng)理論相結(jié)合的一種新型控制方法?；疑A(yù)測控制通過研究系統(tǒng)的現(xiàn)有信息來尋找系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)律，從而就可以按規(guī)律來預(yù)測系統(tǒng)未來發(fā)展的信息，這樣就可以根據(jù)系統(tǒng)未來發(fā)展的信息趨勢來決定相應(yīng)的控制策略進行預(yù)測控制，做到了及時控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢并能防患于未然，提高系統(tǒng)的適應(yīng)能力?；疑A(yù)測控制屬于超前控制，區(qū)別于屬于事后控制的傳統(tǒng)控制方法，為控制理論的更新提出了一類新機制[22]?；疑A(yù)測控制最大的優(yōu)勢在于它并不需要被控系統(tǒng)的精確模型，同時它需要的原始數(shù)據(jù)也較少，計算簡單。從灰色預(yù)測控制實現(xiàn)的控制結(jié)構(gòu)上可大致分為兩類：一類是在傳統(tǒng)的PID反饋控制中加入灰色預(yù)測模塊[23~25]；另一類是將灰色預(yù)測與模糊控制相結(jié)合形成灰色預(yù)測模糊控制[26]。因為預(yù)測的過程中存在誤差是不可避免地，當誤差較大時會對系統(tǒng)產(chǎn)生不利的影響，所以應(yīng)根據(jù)預(yù)測精度來調(diào)整預(yù)測值在系統(tǒng)中的作用。(7) 智能控制（Intelligent Control）智能控制指在無人干預(yù)的情況下能自主地驅(qū)動智能機器實現(xiàn)控制目標的自動控制技術(shù)。智能控制理論是現(xiàn)代控制理論在深度和廣度上的拓展，是控制理論發(fā)展的一個嶄新階段，是控制系統(tǒng)分析、設(shè)計和應(yīng)用實踐的需要，也是人工智能與控制理論，以及控制論和工程控制論等學科發(fā)展的必然結(jié)果[27]。與經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論相比，智能