机电一体化系统设计(第15章)中国电力出版社王丁.ppt

第15章 常用控制方案 * 控制基本特点 第一, 明确的目的性。具体说来, 控制的目的主要表现在施控主体总是力图使被控客体合乎目的地变化。 第二, 相应的过程性。控制是在施控主体与被控客体的矛盾运动过程中得以进行和实现的。 第三，统一性。在抽象的层次上得到的统一，可以进行特别的性能分析和建立。 * 自适应控制 反馈控制用来较精确地控制绝大部分运行状况,某些情况下加上前馈控制还可达到减少输入扰动影响的目的。但有些对象具有很大的不确定性、时变性和内外扰动,简单的反馈加前馈控制效果很不理想。长期以来,这是自动控制领域所面临的一个非常具有挑战性的问题,自适应控制正是在这样的背景下提出的。其基本思想是通过不断地监测被控对象,根据其变化来调整控制参数,从而使系统运行于最优或次优状态。 * 自适应控制基本思想 自适应控制的基本思路是:依据自适应控制的“确定性等价原理”和“分离设计原则”,时变系统的控制器设计可以分为两步进行,首先假定被控对象的参数已知且定常,按给定的性能指标设计出相应的控制器,然后利用参数辨识在线估计出被控对象的参数值,并以参数估计值代替控制器中所用的真值对系统进行控制。自适应控制由于具有对时变参数的良好的自适应能力,因而在时变时滞系统中得到了广泛的应用。现已提出的控制方法包括:模型参考自适应预估控制、自适应预估最优控制、极点配置最优预报自校正PID控制器、大时滞系统的自抗扰控制、时滞并联自适应控制、零极点配置的自校正内模控制、动态矩阵控制,等等。自适应控制的典型控制框图如图15-2和图15-3所示。 * 图15-2 模型参考自适应控制系统框图 * 图15-3 自校正控制系统框图 * 15.4 智能控制 智能控制是以控制理论、计算机科学、人工智能、运筹学等学科为基础, 扩展了相关的理论和技术, 其中应用较多的有模糊逻辑、神经网络、专家系统等理论方法。 * 传统控制的不足 (1) 传统控制理论是建立在以微分和积分为数学工具的精确模型上,而这种模型通常是经过简化后获得的,对于高度非线性和复杂系统,数学模型将丢失大量的重要信息而失去使用价值; (2) 传统控制理论虽然有自适应控制和鲁棒控制来处理对象的不确定性和复杂性,但在实际应用中,当受控对象存在严重的非线性、数学模型的不确定性及系统工作点变化剧烈的情况下,自适应和鲁棒控制存在难以弥补的严重缺陷。应用的有效性受到很大的限制; (3) 传统的控制系统输入的信息比较单一,而现代的复杂系统不仅输入信号复杂多样和容量大,并且要求对各种输入信息进行融合推理和分析,以便根据环境和条件变化; (4) 传统控制系统的自学习、自适应、自组织功能和容错能力较弱,不能有效地进行不确定的、高度非线性的、复杂的系统控制任务。 * 智能控制系统的特点 (1) 较强的学习能力。能对未知环境提供的信息进行识别、记忆、学习、融合、分析、推理,并利用积累的知识和经验不断优化、改进和提高自身的控制能力; (2) 较强的自适应能力。具有适应受控对象动力学特性变化、环境特性变化和运行条件变化的能力。（3）较强的容错能力。系统对各类故障具有自诊断、屏敝和自恢复能力; (4) 较强的鲁棒性。系统性能对环境干扰和不确定性因素不敏感; (5) 较强的组织功能。对于复杂任务和分散的传感信息具有自组织和协调功能,使系统具有主动性和灵活性; (6) 实时性好。系统具有较强的在线实时响应能力; (7) 人一机协作性能好。系统具有友好的人机界面,以保证人一机通信、人一机互助和人一机协同工作; (8) 智能控制具有变结构和非线性的特点,其核心是组织级。