自动化的前沿技术.ppt

自动化的前沿技术 Theories of Automatic Control 主讲: 黄 元 亮 EMAIL: tyoll@jnu.edu.cn 现代控制技术概论 在经典控制理论中，用传递函数模型来设计和分析单输入单输出系统，但传递函数模型只能反映初系统的输出变量和输入变量之间的关系，而不能了解到系统内部的变化情况。 在现代理论中，用状态控件模型来设计和分析多输入多输出系统，便于计算机求解，同时也为多变量系统的分析研究提供了有力的工具。 自动化的前沿技术 模糊控制——其实我很清楚 最优控制---“没有更好只有最好” 自适应控制——以变制变 鲁棒控制——以静制动 线性控制理论纵横 非线性控制理论的发展 PID控制——简而优秀 预测控制——未卜先知 故障诊断——神医妙手 人工智能——智慧之巅 专家系统——身边的专家 定性定量控制——人类智慧的展示 集散控制系统（DCS） 模糊控制 模糊控制是以模糊集合理论为基础的一种新兴的控制手段，它是模糊系统理论和模糊技术与自动控制技术相结合的产物。 自从这门科学诞生以来,它产生了许多探索性甚至是突破性的研究与应用成果,同时,这一方法也逐步成为了人们思考问题的重要方法论. 1965年美国的控制论专家L. A. Zadeh教授创立了模糊集合论，从而为描述，研究和处理模糊性现象提供了一种新的工具。一种利用模糊集合的理论来建立系统模型，设计控制器的新型方法——模糊控制也随之问世了。 模糊控制 模糊控制的核心就是利用模糊集合理论，把人的控制策略的自然语言转化为计算机能够接受的算法语言所描述的控制算法，这种方法不仅能实现控制，而且能模拟人的思维方式对一些无法构造数学模型的被控对象进行有效的控制。 模糊控制作为智能领域中最具有实际意义的一种控制方法，已经在工业控制领域，家用电器自动化领域和其他很多行业中解决了传统控制方法无法或者是难以解决的问题，取得了令人瞩目的成效。 最优控制 最优控制问题研究的主要内容是： 怎样选择控制规律才能使控制系统的性能和品质在某种意义下为最优，求解最优控制问题的方法。 用最优控制方法已经成功的解决了许多动态控制问题，如最小时间控制，最少燃料控制和最佳调节器等。 最优控制已经在航天，航海，导弹，电力系统，控制装置，生产设备和生产过程中得到了比较成功的应用，而且在经济系统和社会系统中也得到了广泛的应用。 最优控制问题有四个关键点： （1）受控对象为动态系统。 （2）初始与终端条件（时间和状态）。 （3）性能指标。 （4）容许控制。 而最优控制问题的实质就是要找出容许的控制作用或控制规律，使动态系统（受控对象）从初始状态转移到某种要求的终端状态，并且保证某种要求的性能指标达到最小值或者是最大值。 自适应控制 在日常生活中，所谓自适应是指生物能改变自己的习性以适应新的环境的一种特征。 因此，直观地讲，自适应控制器应当是这样一种控制器，它能修正自己的特性以适应对象和扰动的动态特性的变化。 自适应控制的研究对象是具有一定程度不确定性的系统,这里所谓的“不确定性”是指描述被控对象及其环境的数学模型不是完全确定的,其中包含一些未知因素和随机因素。 自适应控制 任何一个实际系统都具有不同程度的不确定性，这些不确定性有时表现在系统内部，有时表现在系统的外部。从系统内部来讲，描述被控对象的数学模型的结构和参数，设计者事先并不一定能准确知道。作为外部环境对系统的影响，可以等效地用许多扰动来表示。这些扰动通常是不可预测的。 此外，还有一些测量时产生的不确定因素进入系统。面对这些客观存在的各式各样的不确定性，如何设计适当的控制作用，使得某一指定的性能指标达到并保持最优或者近似最优，这就是自适应控制所要研究解决的问题。 鲁棒控制 鲁棒控制（Robust Control）方面的研究始于20世纪50年代。在过去的50年中，鲁棒控制一直是国际自控界的研究热点。 所谓“鲁棒性”，是指控制系统在一定（结构，大小）的参数摄动下，维持某些性能的特性。 根据对性能的不同定义，可分为稳定鲁棒性和性能鲁棒性。以闭环系统的鲁棒性作为目标设计得到的固定控制器称为鲁棒控制器。 鲁棒控制方法，是对时间域或频率域来说，一般要假设过程动态特性的信息和它的变化范围。一些算法不需要精确的过程模型，但需要一些离线辨识。 鲁棒控制 一般鲁棒控制系统的设计是以一些最差的情况为基础，因此一般系统并不工作在最优状态。