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1、一、概述,多输入多输出过程的传递函数,4,通道间的耦合：将一对输入输出称为一个控制通道，则在各通道之间存在相互作用，我们把这种输入与输出间、通道与通道间复杂的因果关系。,第六节 多变量解耦控制,1、突出主要被控制参数、忽略次要被控参数，将过程简化为 单参数过程 特点：简单易行，只适用于简单过程或控制要求不高的场合 2、寻求输出输入间的最佳匹配，选择因果关系最强的输入输 出，逐对构成各个控制通道，弱化各控制通道之间即变量 之间的耦合 特点：考虑到了变量之间的耦合，但这种配对只有存在弱耦合的情况下，才能找到合理的输入输出间的组合,4,实现复杂过程 的解耦有三个层次的办法：,4,3、设计一个补偿器,
2、特点：适用于一般情况，但是找到适当的补偿器并能实现，则要复杂多，要根据不同要求和场合选用不同方法。,解耦的两种方式：,4,1、静态解耦： 要求过程变量达到稳态时实现变量间的解耦,2、动态解耦： 要求不论在过渡过程或稳态场合，都能实现变量间的解耦,4,二、相对增益及其性质,1、相对增益的定义,2、相对增益的求法：,1）实验法 2）解析法 3）间接法,3、相对增益矩阵的性质,4,三、复杂过程控制通道的选择,4,4,4,4,4,四、耦合过程调节器参数整定,4,五、解耦设计,4,解耦设计：对于耦合的复杂过程，要设计一个高性能的控制器是困难的，通常只能先设计一个补偿器，使增广过程的通道之间不再存在耦合和
3、设计。,1、解耦设计的方法,1）串联补充设计,4,4,4,2）前馈补偿解耦设计,4,4,2、解耦设计举例,4,1、矩阵中有大于和小于0的元； 2、输入输出配对有误,4,六、解耦控制中的一些问题,1、稳定性： 对于存在耦合的多输入多输出系统，稳定性尤其特殊,会引起不稳定的两种可能：,4,解决不稳定的措施：,1、尽可能选择合理的控制通道，使对应的输入输出间有大的相对增益I避免在相对增益矩阵中出现上述两种可能；这种措施最简单，但是限制也大 2、在一定条件下简化系统 3、对不能简化的系统，可以采取比较完善的解耦设计方法，即能接触耦合，又可配置广义过程的极点,4,2、部分解耦,1) 被控参数的相对重要性
4、 2) 被控参数的响应程度,部分解耦：指在复杂的耦合过程中，只对某些耦合采取解耦措施，而忽略另一部分耦合部分解耦的选择因素：,4,3、解耦系统的简化,解耦系统的简化过程因素：,4,4,模糊控制是一种新的控制方法，应用于冶金、化工、电力和家电等工业部门，它的特征是以语言规则作为它的控制规律,第七节 模糊控制,一、模糊数学的基础知识,1、两种描述的两种集合,清晰描述：把边界十分明确的描述 模糊描述：把边界含糊的描述,4,清晰集合A的特征函数表示 :,模糊集合定义的描述 ：,4,二、模糊集合的表示和运算 :,4,4,4,4,4,4,二、模糊控制器工作原理,模糊控制是一种仿人控制，规则中的条件往往是偏
5、差描述，本质上是反馈控制,4,1、模糊化,模糊化的作用：是将由测量得到的清晰数转化为模糊量，也就是以测量值对语言描述的隶属度，作为模糊推理的前提条件。,模糊化的第一个任务是进行论域变化，变换关系：,模糊化的第二个任务是求得输入对应于语言变量的隶属度（语言变量的隶属函数有离散方式和连续方式两种表示方式）,4,4,2、模糊推理,模糊控制算法多由语言规则表达,模糊规则的基本形式是“如果（条件）则（结果）”，条件是输出，结果是输出语言规则描述了一种因果关系，包含两个问题：,1、要确定这个因果关系的数学表示形式 2、要根据输入值确定实际的输出即控制作用， 这个输出是模糊变量。,4,集中模糊关系：,转移关
6、系：这种关系认为推理过程是将输入条件的隶属度转移到输出结果中去，称为结果的隶属度,4,对双输入单输出的模糊规则，在隶属度转移前先要进行条件的“与”运算。,4,2）合成关系,4,4,4,4,4,3、解模糊,解模糊的具体算法：,最大隶属度（MOM）法 区域中心（COA）法,4,三、模糊控制器的设计,模糊控制器的设计：指实现模糊控制的软件设计。 涉及模糊控制器的设计内容包括两个方面：数据库和规则库,1、数据库内容：此库中安放的是模糊计算中需要用到的各种数据,a) 经验法 b) 模糊统计法 c) 试验法 d)学习法,4,2) 模糊变量数m的选择,3) 隶属函数的确定：获得隶属函数的方法如下：,隶属函数
7、选择的满足条件：完整性（论域中的每个值都必须至少属于一个语言变量）；重叠性（相邻两个隶属函数有必要的重叠，且交叉点的隶属度不能太小）,1）规则型式的选择：尽量减少彼此之间的耦合，简化句子结构 2）规则的确定,4,2、规则库的内容,设计内容包括：,规则确定的三种途径：,1、来自操作者的经验 2、来自现场实验 以上两种方法有很强的个性特征，不能普遍使用 3、来自对过程认识和推理,4,阶跃响应：,生成规则表具备的性质：一致性、完整性、交互性或重叠性,4,3) 查询表生成：查询表通常离线形成,基本模糊器的优点： 1、对过程建模的要求不高 2、控制算法简单方便，控制器硬件配置简单，具有极大的可推 广性和
8、商业应用价值,四、模糊控制器的改进,基本模糊器的缺点：静态精度不高、难以满足动静两方面的性能要求。,4,改进模糊器的介绍：,变系数模糊控制,1、改变参数和结构的模糊控制器,改变规则结构的模糊控制,4,2、混合模糊控制器,1）常见的模糊和PID结合的形式,模糊PID控制器：单一的基本模糊控制器存在着控制性能的缺陷，基本补救办法是增加积分作用，就构成了一种混合结构,1) 模糊推理确定PID参数,4,4,2) 模糊和PID串联混合控制：是以模糊控制器的输出作为积分输入， 而积分输出才是过程的控制输入 3) 模糊和PID并联混合控制：这时两个控制器都是偏差为输入，而 将两个控制器的输出相加作为过程的控
9、制输入 4) 模糊和PID分离控制,4,3、自适应模糊控制,自适应意义：是能自动辨识被控过程参数或状态的变化，并随之在线修正控制器的参数，使过程输出跟踪某个参考输出，或者达到某种性能指标的最优。,自适应控制的工具：神经元网络技术,神经元网络的优点： 1、理论看，神经网络能以任何精度逼近任意非线性函数-输入输出关系； 2、神经元具有双重处理能力，既能处理数字信息，又能处理符号信息； 3、具有学习能力，能由输入输出数据自动确定和修正结构或参数,4,模糊神经网：,1、神经元和神经网 神经网中的节点称为神经元；它能处理和传递信息的作用,2、神经网的学习算法：反向传播算法即BP算法 反向传播：信息从输入
10、向输出的流动称为前向传播反之就称为 反向传播。 设神经网的输入为,4,4,3、模糊神经网的结构,图中第一层隐实现模糊化，得到对模糊变量的隶属度，第二隐层完成模糊推理，得到输出的隶属度，第三隐层则作解模糊运算，得到请细值后送输出层输出。,4,五、模糊控制的应用实例,井式热处理炉的温度模糊控制系统,模糊控制的作用主要就是加速动态过程，这里基本是双输入单输出模糊控制器，输入为温度偏差及偏差变化率，输出控制作用为晶闸管导通时间。,4,一、概述,预测控制：它是一种控制算法，是根据过程实验模型来预测过程的输出，再用过程实际输出和预测输出之差来校正，校正后的结果作为反馈量，送去与设定值比较，使得由比较结果而
11、产生的控制作用能让过程输出很好地跟踪指定的输出轨迹。,第八节 预测控制,4,预测控制的前提条件：,1、建立一个预测模型，称为内部模型，由此得 到预测的过程输出 2、指定一条过程输出的变化轨迹作为跟踪的标 准，称为参考轨迹 3、指出一个在线修正的控制算法，产生的控制 作用能使过程输出跟踪的性能指标最优。,4,预测控制方法的优点：,1、建模方便 预测建模是在过程的实验数据的 基础上建立，不需要求得过程参数模型 2、采用了滚动优化算法 3、采用对预测模型的反馈校正 4、信息亢余量大 5、应用范围广 6、易于工业实现,4,二、预测控制的基本原理,1、建立内部模型,2、指定参考轨迹,3、确定控制算法,三、预测控制的实现,
