化工仪表及自动化 教学课件 作者 厉玉鸣 主编化工仪表及自动化第8章.ppt

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1、化工仪表及自动化第八章新型控制系统内容提要自适应控制系统变增益自适应控制模型参考自适应控制系统直接优化目标函数的自适应控制系统自校正控制系统预测控制预测控制的基本结构预测控制的特点及应用1内容提要其他新型控制系统智能控制专家控制系统模糊控制系统神经元网络控制故障检测与故障诊断解耦控制系统推断控制系统鲁棒控制2第一节自适应控制系统3自适应控制系统：通过测取系统的有关信息，了解对象特性的变化情况，再经过某种算法自动地改变控制器的可调参数，使系统始终运行在最佳状况下。根据自适应控制的设计原理和结构的不同，可分四类

2、。一、变增益自适应控制图8-1变增益自适应控制找出影响对象参数变化的辅助变量，并设计好辅助变量与最佳控制器增益的有关表格。关键点第一节自适应控制系统二、模型参考自适应控制系统4图8-2模型参考自适应控制系统研究的主要问题在于设计一个稳定的、具有较高性能的自适应机构的自适应算法。第一节自适应控制系统三、直接优化目标函数的自适应控制系统5图8-3直接优化目标函数的自适应控制系统该系统选择某个指定的目标函数为对上述目标函数求极小，可采用随机逼近法找到可调参数向量η，使系统的对象参数发生变化时，仍可运行在最佳状态。

3、第一节自适应控制系统四、自校正控制系统6图8-4自校正控制系统该系统在原有控制系统的基础上，增加了一个外回路。它由对象参数辨识器和控制器参数计算机构组成。第二节预测控制一、预测控制的基本结构7四部分组成，预测模型、反馈校正、滚动优化和参考轨迹。图8-5预测控制的基本结构第二节预测控制81.预测模型具有预测功能，能够根据系统的现时刻的控制输入以及过程的历史信息，预测过程输出的未来值。最基本的模型算法控制（MAC）采用的是系统的单位脉冲响应曲线，而动态矩阵控制（DMC）采用的是系统的阶跃响应曲线。在预测控制中各

4、种不同算法，采用不同类型的预测模型预测模型具有展示过程未来动态行为的功能。第二节预测控制92.反馈校正由于对模型施加了反馈校正的过程，使预测控制具有很强的抗扰动和克服系统不确定的能力。预测控制中不仅基于模型，而且利用了反馈信息，因此预测控制是一种闭环优化控制算法。第二节预测控制103.滚动优化预测控制是一种优化控制算法。它是通过某一性能指标的最优化来确定未来的控制作用。这一性能指标还涉及到过程未来的行为，它是根据预测模型由未来的控制策略决定的。预测控制采用滚动式的有限时域优化策略。第二节预测控制114.参考

5、轨迹它是设定值经过在线“柔化”后的产物。最广泛采用的参考轨迹为一阶指数变化的形式，它可以使急剧变化的信号转变为比较缓慢变化的信号。第二节预测控制二、预测控制的特点及其应用12从控制方式上预测控制。预测控制的预测和优化模式是对传统最优控制的修正，它使建模简化，并考虑了不确定性及其他复杂性因素。预测控制对数学模型要求不高且模型的形式多样化。能直接处理具有纯滞后的过程。具有良好的跟踪性能和较强的抗扰动能力。对模型误差具有较强的鲁棒性。特点第二节预测控制13应用国外已经形成许多以预测控制为核心思想的先进控制商品化软

6、件包。中国通过“八五”“九五”国家重点科技攻关等，在先进控制与优化控制方面积累了许多经验，成功应用实例亦不少，部分成果已逐渐形成商品化软件。第三节其他新型控制系统一、智能控制141.智能控制的基本概念智能控制系统是实现某种控制任务的一种智能系统，它由智能控制器和对象组成，具备一定的智能行为。图8-6智能控制系统的典型结构第三节其他新型控制系统15智能控制系统的主要功能特点：①学习功能②适应功能③组织功能第三节其他新型控制系统162.智能控制的主要类型根据智能控制系统的定义和控制功能分类：①自寻优智能控制器⑤

7、自修复智能控制器②自学习智能控制器⑥自镇定智能控制器③自适应智能控制器⑦自协调智能控制器④自组织智能控制器⑧自繁殖智能控制器第三节其他新型控制系统二、专家控制系统171.专家控制系统概念专家控制系统是指将专家系统的设计规范和运行机制与传统控制理论和技术相结合而成的实时控制系统的设计和实现方法。根据专家系统技术在控制系统中应用的复杂程度，可以分为专家控制系统和专家式智能控制器。专家控制系统可以提高常规控制系统的控制品质，拓宽系统的作用范围，增加系统的功能，还可以对传统控制方法难以奏效的复杂过程实现高品质的控制

8、。第三节其他新型控制系统2.专家控制系统的类型根据专家控制系统在过程控制中的用途和功能，可分为直接型专家控制器和间接型专家控制器。按知识表达技术，可分为产生式专家控制系统和框架式专家控制系统等。18第三节其他新型控制系统193.专家控制系统结构系统由算法库、知识基系统和人-机接口与通讯系统组成。算法库部分主要完成数值计算。知识基系统具有定性的启发式知识，它进行符号推理，按专家系统的设计规范编码，通过算法库与对象相