现代工业的智能控制和智能自动化

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1、现代工业的智能控制和智能自动化【摘要】论述了智能科学在21世纪逐步成为中心科学技术，智能化是信息科学技术、生命科学技术、自动化工程、机械化工程和国民经济各部门的发展方向；介绍了现代工业智能控制形成的相关因素、功能、以及在工业生产中的应用；简要介绍了智能自动化的特点和工业自动化在现代工业中的发展趋势。关键词：智能控制形成因素系统功能工业生产应用智能自动化发展趋势每个时期都有该时期的中心科学技术，科学家预测21世纪中叶以前，信息科学技术是中心科学技术，从21世纪30年代开始，中心科学技术将逐渐转移到生物科学技术（包括生命科学技术），而到本世纪中叶以后，将会以智能科学技术为中心

2、，把信息科学技术、生命科学技术和系统科学技术等高新技术结合起来，形成智能科学技术群。随着智能科学的深入研究，人们将逐渐搞清人类智能的机制，在此基础上，智能科学技术将会得到充分发展。用机器辅助和代替人的体力劳动早已实现了，但用机器辅助和代替人的脑力劳动却困难得多，现在才仅仅是开始。如果后者真的实现了，人类社会的经济、文化、科学、技术就会产生更大的飞跃，而人类文明也将达到一个全新的阶段。近年来，智能控制已成为控制科学研究的一个热点。智能控制的产生与发展有着深刻理论渊源、社会背景和坚实的技术基础，它的形成既蕴涵着控制科学自身的发展规律，也是生产发展的实际需要。1.现代工业系统的

3、特点与智能控制的形成1.1智能控制形成的工业因素随着科学技术的不断进步和工业生产的不断发展，现代工业生产过程，特别是复杂工业生产过程的控制与综合自动化越来越成为人们所必须面对的问题。它既是推动自动控制理论和系统科学发展的强大动力，同时也对自动控制提出了前所未有的挑战，其表现为：（1）被控对象日益复杂被控对象往往是无穷维的复杂系统，表现出很强的分布特性，而利用有限参数模型设计的控制，其有效性不能保证。这种复杂性还表现在被控对象与环境的关系上，如不确定性因素增多，缺乏先验知识，环境干扰具有多样性、时变性和随机性，系统与环境、系统的各子系统之间和系统内部的关联性相当强且复杂。（

4、2）高度的不确定性现代工业系统的结构、参数和环境都具有高度的不确定性，系统和环境有许多未知因素，如环境的动态变化、输入信息的多样化和数据量显著增加等，而且其信息结构也发生了质的变化，包括信息的不可预知性、不完全性等。（3）多层次、多目标的控制要求现代工业控制所追求的已不仅仅是低层次上单一的品质，而是力求实现多样化、多层次的综合目标，包括协调、调度、管理及决策等。（4）控制手段的经济性基于实时性、生产成本和操作工素质等因素的考虑，控制手段不允许过分复杂。现代工业生产为追求高质量、高可靠、高效益、高适应性的"四高"目标，一方面其生产规模越来越庞大，节奏越来越快，工艺越来越复杂

5、；另一方面基于严格和精确的数学模型描述基础上的传统控制理论的分析、综合与设计技术与现代工业生产的控制实践存在着巨大的鸿沟，理论与应用之间存在着严重的不协调性，面对复杂的工业对象，其数学模型很难精确建立。即使在很多前提条件下建立了模型，工程实用往往又需要对它进行简化，从而使模型的精确性难以保证。传统控制理论的控制算法往往很复杂，也为其实施设置了障碍。因此，以追求单一品质、系统局部控制为目标的传统控制越来越难以满足现代工业生产的需求。顺应时代的呼唤，智能控制的产生也就是必然的了。1.2智能控制形成的理论因素智能控制的形成也有着非常重要和挑战性的理论因素。回顾其发展历程，可以明

6、显看出控制科学处理各种不确定性问题所蕴涵的智能化发展趋势。事实上，从古典控制到现代控制，其产生与发展都是在实现模拟人的有目的性的动作机制，所研究的控制律如闭环、反馈、优化、自适应、自组织等都是人类在改造自然的生存过程中为解决对象的不确定性或信息不完全的情况下所具有的本能或能力，如果说基于传统控制论的自动控制装置模拟、代替的是人的劳动器官的功能，那么智能控制的目标则是制造出新型机器，模拟、代替人的思维器官的某些控制功能。在控制理论的发展过程中，古典反馈控制最初的目标就是增加控制系统的鲁棒性。线性反馈控制只能适用于较简单的线性系统，如果存在控制对象的不确定性和外界环境的变化，

7、只要这种变化很小，那么这种控制器还可以满足性能要求，否则随着控制对象的复杂化，这样的控制器将需要增加诸如状态估计器等机构；当系统受到的干扰噪声较大时，可能需要Kalman滤波器；如果控制过程还要满足某性能指标下的最优设计要求，最优控制便产生了；最优控制由于其数学上的完美及可利用计算机实现相关算法而得到广泛的接受，但要求系统结构比先前的要复杂。这样就遇到一类系统，其内涵的不确定性使信号出现不可预见性及参数的随机描述，这就要利用随机控制；而当系统的不确定性用状态方程描述时，可以考虑用变结构系统及二次型稳定方法；当这种不确定性是基于