化工仪表及自动化厉玉鸣第三版第14章高级控制系统.ppt

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1、化工仪表及自动化第十四章高级控制系统内容提要自适应控制系统参考模型自适应控制系统具有被控对象数学模型在线辨识的自适应控制系统预测控制智能控制系统神经元网络控制1内容提要模糊控制系统最优控制系统控制管理一体化2概述新型控制系统的主要特征：①被控过程是多输入多输出的多变量系统,且变量之间互相耦合;②被控过程的数学模型难以精确获得或具有明显的时变性;③控制算法丰富,不只局限于PID形式,系统的目的不是简单地实现输出控制;④控制工具不再是简单的模拟式控制器,而是采用各种大、中、小、微型计算机。3第一节自适应控制系统自适应控制是针对不确定性

2、的系统而提出的。分类对于自适应控制系统来说，根据不确定性的不同情况，主要有两种类型:确定性自适应控制系统随机自适应控制系统4第一节自适应控制系统5图14-1参考模型自适应控制系统方块图一、参考模型自适应控制系统该类自适应控制系统实际上是在原来的反馈控制基础上附加一个参考模型和一个控制器参数的自动调整回路。设计这类自适应控制系统的关键问题是如何综合自适应律。目前综合自适应律有两种方法,一种为参数最优化的综合方法；另一种是基于稳定理论的综合方法。第一节自适应控制系统二、具有被控对象数学模型在线辨识的自适应控制系统通过在线辨识获取对象的

3、数学模型,然后由控制器对系统进行控制。被控过程控制器辨识器ω(K)υ(K)c(K)r(K)u(K)θ(K)∧x(K)∧+++-○○图14-2具有在线辨识的自适应控制系统图14-2中的辨识器和控制器实质上都是一些递推计算公式。6第二节预测控制系统7预测控制系统是一种基于模型的预测控制算法,其基本思想是利用模型预测被控过程未来的输出及其与给定值之差,并据此以某种优化指标计算当前应施加于过程的控制作用。-参考轨迹预测器控制算法广义对象内部模型xyyyuu○++-图14-3预测控制系统第三节智能控制系统8智能控制系统是将人工智能与自动控制

4、学科结合起来的一种控制系统。它将一些定性的、叙述性的、法则性的知识表述与处理方法应用于自动控制,或者与现有的控制规律结合起来。专家系统是人工智能的一个重要分支，是一个(或一组)能在某特定领域内，以人类专家水平去解决该领域中困难问题的计算机程序。第三节智能控制系统专家系统的作用作为理论研究的工具推动了人工智能的发展；作为一种实用工具为人类提供了保存、传播、利用和评价知识的有效手段。影响专家系统的因素主要取决于它所拥有知识的数量与质量。9第三节智能控制系统人机接口推理机解释程序知识获取程序综合数据库知识库用户专家图14-4专家系统的一

5、般结构10第三节智能控制系统举例将专家系统应用于生产过程控制的一种典型的结构控制单元受控过程专家系统数学模型模式识别操作变量被控变量干扰预估输出期望输出图14-5智能控制系统11第三节智能控制系统专家系统的知识库集总了根据工艺规范、操作经验等制定的调整受控过程输出变量达到最佳范围的一系列控制策略。专家系统在知识库的基础上,通过推理求解出相应的控制策略。这些控制策略提供了控制单元中相关工艺变量的给定值。智能控制可以置于基层控制、优化控制、甚至经营管理的不同层次。12第四节神经元网络控制13神经元之间以一定的连接方式进行信息的互相传递

6、，构成生物神经网络。人工神经元网络就是利用物理器件来模拟生物神经网络的某些结构和功能。图14-6人工神经元模型第四节神经元网络控制14输入xi与输出y的关系人工神经网络定义按一定方式连接而成的网络结构。结构上分类前馈型的神经网络与反馈型的网络结构从结构和实现机理方面加以模拟。模拟方式是从功能上加以模拟。模拟方法第四节神经元网络控制神经元网络控制作用在基于精确模型的各种控制结构中充当被控对象的模型;在反馈控制系统中直接充当控制器的作用;在传统控制系统中起优化计算作用;在与其他智能控制方法,如模糊控制、专家控制等相融合中,为其提供非参

7、数化对象模型、优化参数、推理模型、故障检测和诊断分类基于传统控制理论的神经控制和基于神经网络的智能控制。15第五节模糊控制系统模糊控制系统实质上是通过模糊控制器来代替人们用自然语言描述的控制活动。e模糊化模糊算法器模糊判决受控过程d/dt给定值模糊控制器输出yee'-○图14-7模糊控制系统方块图16第五节模糊控制系统模糊控制器包括三个部分模糊化模糊算法器模糊判决为什么模糊控制的效果有时反而会优于一般的比例微分控制呢?17第六节最优控制系统要想使最优控制系统的设计和运行获得成功,必须解决好三个关键的问题：目标函数的确定数学模型的建

8、立和更新优化技术的选定18第六节最优控制系统分类动态最优控制和静态最优控制动态最优控制——要求的数学模型应是动态的。解决动态最优控制的方法主要有古典变分法、极大值原理和动态规划法。静态最优控制——任务是寻找或确定在具体的工作环境条件下,能使规定的目