量子系统控制理论与方法篇1
【关键词】模糊控制；过程控制；研究；应用
自模糊理论出现以来，吸引了专家学者的广泛关注，并纷纷投入了该理论的研究当中，并将其应用在工程当中。模糊控制是当前智能控制中的一个重要分支，目前已将其理论与实际应用紧密联系起来，并应用在各项工程技术当中，提高了国际市场竞争力。我国仍属于发展中国家，很多高技术人才对于模糊控制技术仍然还不够了解，因此我们必须要借鉴国外的成功经验，参考相关文献，从而对模糊控制理论加以研究，以便于应用在更广大的领域当中。
一、模糊控制与过程控制概述
模糊控制的概念是上个世纪60年代扎德提出的，是建立在模糊数学理论的基础上不断发展而来的。过去，控制系统理论主要是评价控制质量的重要因素，也就是说通过控制系统动态信息来了解控制的质量，如果所掌握的信息越详细，那么控制质量也就愈加标准。但是随着社会的发展，控制系统也越来越复杂，在评级的过程中极容易受到众多变量的影响，因此我们采用了一些方法来简化信息的获取过程，虽然达到了控制的目的，但是仍然还存在着一定的问题。由此看来，在对明确系统进行控制的过程中，虽然模糊控制理论具有较高的控制能力，但是面对较为复杂的系统，传统的模糊控制理论也就存在一些问题。
过程控制主要是在工业生产过程中，主要将温度、压力、流量、液位以及相关成分等作为被控变量而进行的一种自动化控制。一般情况下，在工业生产与管理过程中，根据行动的不同阶段我们可以将其分为三种控制：第一种是预先控制，是在工业生产之前而采取的一种控制方法；第二种也就是过程控制，也被称为同期控制，是工业生产过程中的控制方法；第三种也就是事后控制，是工业生产之后的一种控制方法。其中，过程控制是最为关键的内容，在生产过程中，过程控制可以及时发现其中存在的各种不合理现象，并能够采取有效措施对其进行改善，它能够对每个人以及整个生产过程进行监控。过程控制可以避免工作人员在工作中越级管理，互相推诿责任等，有利于提高工作效率以及工作质量。
二、模糊控制的特点
自模糊控制理论被提出以来，相关研究者开始将其应用在锅炉以及蒸汽机的控制工作当中。并且取得了非常显著的成绩、究其主要原因是由于模糊控制理论本身的模糊逻辑系统发挥了重要的作用，它可以将研究者所提供的相关信息转变为一种控制策略，最终形成一种比较系统的推理法，因此这种模糊控制理论可以克服过去控制系统难以解决的复杂系统的控制问题，它能够处理复杂系统中的各种不确定因素。从广义的角度来讲，模糊控制也就是围绕着模糊推理方法，通过模拟人的思维方法而形成的一种推理法，相关研究者将模糊数学理论以及控制理论有机的结合起来，从而合理的控制数学模型的相关对象，是智能控制中的一个重要分支。由此可见，模糊控制的特点可以归结为以下几点：1）在设计控制系统的过程中，我们并不需要明确的知道数学模型，而只是需要根据技术人员的经验以及相关数据即可设计；2）模糊控制系统具有较强的鲁棒性，它可以解决工业中的非线性、滞后系统的相关问题；3）模糊控制系统可以将信息转变为语言变量，最终便于专家的研究与应用；4）控制系统在进行推理的过程中，主要是模拟人的思维方式，采用不精确的推理方法，这样可以有效的对复杂的系统进一步处理。
三、模糊控制技术在过程控制中的研究与应用
近年来，模糊控制已经在各大领域中得到了广泛的应用。例如在家用电器设备中、在工业生产过程中等。但是尽管如此，模糊控制在过程控制中的应用却不够理想，技术人员一般都是采用的较为普通的模糊控制结构。近年来，我国相关研究者在对模糊控制技术研究的过程中，主要集中在以下几个方面：
1）模糊控制器量化因子，比例因子的选取，整定
对于模糊控制器的量化因子、比例因子的选取是影响控制效果的一个很重要的因素。如何根据不同的被控对象选取不同的量化因子和比例因子，对于不同控制对象其模糊控制器的量化因子和比例因子是否有一个大致的范围？从事这方面的研究好像不是很多，只有少数在设计模糊控制系统中，对量化因子和比例因子的选取原则、整定方法进行了研究。
2）模糊控制器的隶属函数选取和构造
我们知道，模糊集合是由隶属函数来描述的，隶属函数在模糊集合种有着非常重要的地位，它是模糊控制的应用基础，正确地选取和构造隶属函数是能否运用好模糊控制的关键之一。不同的被控对象其模糊控制器的隶属函数是不一样的，模糊控制器隶属函数的自动生成、优化、和新型的隶属函数研究的问题是我们值得认真思考和探索的问题。
3）模糊控制规则的优化
模糊控制器要有良好的控制效果，必须具有较完整的控制规则，但是在复杂的工业过程中由于经验不足导致模糊控制规则或缺乏，或粗糙。要提高模糊控制器的性能，必需对控制规则进行优化，其内容包括：其一是模糊控制规则条数的优化，即对于一个系统的控制规则条数既不能太少，也不能太多，太少则控制是不完全和粗糙的，太多则会使推理时间变长，影响其实时性。其二是不同的规则语句之间是否存在矛盾？若是两条和多条控制规则之间是矛盾的，则可能产生控制发散和振荡。优化方法主要有利用神经网络、遗传算法、混沌理论等来对模糊控制规则进行优化。
4）稳态误差的消除
模糊控制器木质上相当于一个pD控制器，具有很好的超调性和鲁棒性，但是模糊控制器一个大的缺陷就是存在稳态误差问题，因而阻碍了其在高精度控制领域的应用。如何消除模糊控制器的稳态误差问题，是关系到模糊控制器能否被应用到高精度控制领域的一个决定性因素。常见的解决方法是在模糊控制中引入积分器来消除模糊控制器的稳态误差。
四、结束语
模糊控制己成为智能控制研究中最为活跃而又富有成果的领域，它将成为21世纪的核心技术之一。但如何把己经取得的研究成果应用到工程实际过程中，尽快转化为生产力，摒弃无谓的“精确"和“先进”，正是工程界所关注的热点。“简单性”和“实用性”应成为工程实际应用的主流，这正是木毕业设计的重点要解决的问题。基于此，通过对模糊控制器非线性木质的框架结构的研究，揭不模糊控制器工作的实质和机理，探索应用一些简单易行的实验方法和软计算方法等来指导模糊控制器设计中的系统结构选取、算法确定、参数的调整和优化，以最简的结构、最少的规则和最合适的响应特性来满足过程控制的要求。
参考文献
[1]方千山，王永初.模糊控制器因子的自寻优[J].电子测量与仪器学报，2002（03）
量子系统控制理论与方法篇2
关键词：大系统理论；学科分化；学科结合
中图分类号：n945文献标识码：a文章编号：1674-7712（2013）10-0071-02
一、大系统的基本理论
（一）大系统的共性
现代社会日趋信息化、网络化、系统化，在工程技术、生态环境、社会经济等各领域出现了许多复杂的大系统，（见图1）。
图1大系统一览
图1中大系统具有以下共性：（1）规模庞大。大系统包含的子系统（小系统）、部件、元件甚多。通常，而且大系统占有的空间大，涉及的范围广，经历的时间长，具有分散性。（2）结构复杂。大系统中各子系统、部件、元件之间的相互关系复杂。一般情况下，大系统中不仅包含有人，还包含有物，具有“人-人”、“人-物”、“物-物”之间的多种复杂关系，是主动系统。（3）具有综合功能。通常，大系统的目标是多样的（经济的、技术的、生态的、社会的……），因而大系统的功能应该是多方面的（经济管理、质量控制、环境保护……）、综合性的。（4）涉及因素众多。大系统是多输入、多输出、多变量、多目标、多参数、多干扰的系统。其中有“人”的因素，还有“物”的因素，不仅有技术因素，还有经济因素、社会因素等，具有不确定性、不确知性。
这样的大系统极需人们去探索和研究，现代科学技术的进步为大系统研究提供了理论基础和发展条件。
20世纪60年代末和70年代初，在国内外有许多原本从事控制理论、运筹学、系统科学方面研究的专家、学者纷纷转向大系统问题的研究，在大系统理论的研究上取得了进展：（1）大系统模型化及模型简化；（2）大系统结构分析与综合；（3）大系统最优化；（4）大系统稳定性；（5）大系统多级递阶控制；（6）大系统分散控制。
研究方法主要采用时域数学模型（代数方程组、微分或差分方程组），通过分解-集结或分解-协调方法，将控制理论中的多变量控制理论、最优控制理论、稳定性理论等，和运筹学中的线性规划、非线性规划等加以综合和推广，用于大系统的分析与综合。
近年来人们在大系统理论方面取得了不少进展，但也遇到了一系列难题，主要表现在如下几个方面：（1）主动性（activity）。大系统往往是“主动系统”（activeSystem），包含有“主动环节”―“人”，例如，操作人员、控制人员、管理人员等。在大系统分析和设计中如何建立“人”的数学模型？如何考虑人的因素？（2）不确定性（Uncertainty）。大系统中有许多不确定因素，例如随机性、模糊性、对象特性漂移或结构和参数摄动，难以用传统的数学模型进行描述及控制。（3）不确知性（Uncertainly-Known）。大系统通常是信息不完全、知识不充分、数据不精确的系统，难以用准确的数学模型进行精确的定量分析和设计。（4）维数灾（CurseofDimensionality）。大系统的状态变量的数目较多，数学模型都是高维的。系统分析和设计的工作量随维数增高而迅速增长，导致所谓“维数灾”。（5）发展中系统（DevelopingSystem）。通常，大系统的控制过程较慢，过渡过程时间较长。在控制中作用进行期间，大系统本身也处在发展当中，系统的结构和参数、目标和环境条件、系统特性和功能也处在变化当中，这种“发展中系统”难以用常规方法进行控制。（6）分散化（Decentralization）。大系统包含了许多子系统，而各子系统往往是分散化的，分布在不同地方。这将使信息和控制分散，形成“非经典信息模式”，基于“经典信息模式”的控制理论和方法不一定适用。
（二）大系统控制论
控制论是关于机器、生物中的通信和控制的科学，是一门典型的横向学科，是自动控制、计算技术、通信工程、神经病理学、神经生理学、数学等有关学科相互结合而形成的新学科，突破了工程技术与生物科学之间的传统界限。
为了解决大系统分析、设计和模型化的难题，在结构分析方面提出了控制系统信息结构“能通性”的新概念及分析方法，用以分析大系统的控制信息结构特性；在结构设计方面，提出了最经济控制、最经济观测以及分型能控性、分型能观性等新概念；在大系统模型化方面，提出了广义模型化的构想，在数学模型、知识模型、结构模型相结合的基础上，建立大系统的广义模型，提出了多重广义算子、多层状态空间、广义知识表达网络等新方法。在对待“维数灾”问题，提出了启发式优化、启发式动态规划、自觉习非线性规划、启发式线性规划等新方法。
二、大系统的应用
（一）大系统智能控制
关于控制理论和技术的发展，经历了三个发展阶段。第一阶段为“经典控制理论”，主要采用传递函数模型、频域分析与综合方法。第二阶段为“现代控制理论”，主要采用状态方程模型、时域分析与综合方法。第三阶段有两个发展方向：（1）大系统理论。控制理论向广度方向发展。（2）智能控制理论。控制理论向高度方向发展，提高控制系统的智能水平。智能控制为复杂大系统提供了新的控制方法和技术，随着计算机网络的迅猛，为实现大规模、远距离的大系统智能控制提供了新条件、新环境。
（二）大系统智能管理
现代计算机管理系统是具有多层次、多方面、多阶段的综合管理功能的，人机协调的、智能化、集成化的计算机辅助管理系统。智能管理的理论方法和技术已在多行业、多部门的计算机管理信息系统中获得广泛应用，随着计算机网络的发展与普及，在分布式人工智能与管理科学相结合的基础上，可开发更大规模的分布式智能管理系统，形成大系统智能管理系统。
（三）大型专家系统
专家系统是人工智能学科领域中应用广泛的重要分支，是典型的知识工程系统。为了解决大系统应用需求的综合性与专家系统的专业性之间的矛盾，需要研究开发多专业、多学科的大型专家系统，其关键技术包括：广义知识表达、灵活推理方法、综合知识库、自组织推理机。
三、大系统理论的发展前景
理论是在生产实践中产生，反过来以用来指导实践的。随着通讯技术、计算机技术、自动化技术、人工智能技术的发展，加上现代管理软科学技术的发展，大系统理论将会日臻完善，应用天地会更广阔。
参考文献：
[1]涂序彦，王枞，郭燕慧.大系统控制论[m].北京：北京邮电大学出版社，2005.
[2]朱道立.大系统优化理论和应用[m].上海：上海交通大学出版社，1983.
[3]王元放，周宏农，敬忠良.“系统的系统”的综述[J].系统仿真学报，2007，19（6）：1182-1185.
[4]朱明新.我国载人航天工程大系统技术接口标准发展综述[J].航天标准化，2006，3：27-29.
量子系统控制理论与方法篇3
关键词：自动控制原理；教学方法；教学改革
0引言
自动控制理论是研究自动控制共性规律的技术科学，是自动化专业本科和研究生课程的基础课程，因此，它是自动化类专业很重要理论基础和技术课程。自动控制理论主要包括经典控制理论、现代控制理论，以及自20世纪80年代逐渐形成的大系统理论和智能控制理论。这里主要探讨一下经典控制理论部分——“自动控制原理”的本科教学。
1教学方法改革
对于这门难度很高的课程，教学时应注重概念，弱化计算。只有掌握了基本的概念，有了充分的感性认识，学生才有进一步自我深化的可能。而同时感性认识获得的方法莫过于实际的例子。例如：在第一章基本概念中讲解自动控制系统的定义和组成的时候，首先需让同学们明白系统的控制过程，因此我分别举了一个人工水位控制系统和自动水位控制系统来对比讲解。由于比较贴近生活，同学们对于这个人工系统的自动运行原理基本都能自发自然的理解，所以稍加引导，就很容易理解控制对象，被控量，给定值，反馈元件，执行机构等概念。
另外在不同的章节尽量研究同一个问题，举熟悉的例子，这样有利于理解新的概念，有利于巩固学过的知识，有利于将不同章节中的知识融会贯通。
2课程内容改革
自动控制原理的教学过程应突出本门课程具有的方法论特点，使学生建立系统的观点，培养学生对控制系统的分析能力和初步的控制器设计能力，为专业课的学习和参加控制工程实践提供必要的理论基础。采用“模块化”教学改革方案。理论教学内容主要由四大部分组成，即控制系统基本概念与数学描述、分析方法、设计方法、验证与应用四大块。其中对具有基础属性尤其是学习后续课程不可缺少的基础内容应该重点详细讲解。同样，控制系统频域及时域校正方法也可以选择性地讲解，因为这部分内容完全可以采用matlab方法完成。
3理论与实验相结合
实验是对理论的应用，有助于学生把枯燥抽象的理论形象化，从而加深对理论知识的理解。实验由两部分组成，结合教学进度完成分为验证性实验和设计性实验。配备自动控制理论实验箱和小功率随动系统装置。小型验证性实验在自动控制理论实验箱上进行。实验箱配有上位机Labview仿真平台，通过在控制系统的模拟装置上搭建系统，调整系统参数和计算机仿真，把之前用理论分析出的结果形象直观的表达出来，加强了学生对物理概念的掌握，将抽象的数学模型与实际系统参数联系起来，提高学生的分析能力和实际操作能力。综合性实验则安排在课程基本内容学习结束之后，要求学生能综合运用所学知识，进行系统分析和设计，使系统达到预定的性能指标。
4从实际控制系统入手进行教学，强调工程和物理概念
“自动控制原理”是一门理论性较强的课程，涉及知识面广，信息量大，所涉及的数学基础较为广泛，从微积分、复变函数、离散数学到矩阵理论。学生觉得难学，教师觉得难教。如果在教学过程中只注重一般的数学论证，缺乏工程和物理概念的阐述，学生学后不知用在哪里，如何运用。学生在课堂上忙于做笔记，课后忙于根据公式作大量的习题，考完试后，公式忘掉了，脑子里一片空白。这样的学习效果为后续专业课程的学习、毕业设计以及就业工作等带来许多问题。
在知识的传授中，注重控制思想和工程背景。本课程的设置目的不仅是对这门学科知识的掌握，更重要的是在各行业中的具体工程应用。因此在教学的全部过程中必须注重课程在工程的具体情况，并将工程的分析、设计实现方法渗入课程的教学中，如piD参数的整定及工程整定，可以通过直流电动机转速控制来实例讲解，并且借助于计算机辅助方法matlab仿真。
5“自动控制原理”与“信号与系统”有机结合，拓宽学生的知识面
自动化专业开设的“自动控制原理”和“信号与系统”两门课，都是作为专业基础课开设，两门课程在内容上存在一定的重复。将两门课的内容有机的结合在一起，做到一加一等于二，甚至大于二。“信号与系统”和“自动控制原理”是不同性质的专业基础课，虽然在内容上存在重复，但在思想体系及出发点上不同。“信号与系统”偏重于弱信号的处理与传输，为通信系统的学习做准备。而“自动控制原理”则侧重系统的应用。因此在“自动控制原理”的教学过程中，注重对基本概念、基本理论和基本方法的阐述，使学生等到一定的工程应用概念。在选用例子时，尽量选用实际控制系统的例子，这样能够使学生在很少的时间内理解一般系统的控制规律，掌握控制系统的有关概念。而在讲述数学模型中的信号流图，采样系统中的z变换和差分方程的求解等内容时，由于这部分内容与“信号与系统”中的部分内容相重复，就可简单讲解。在“自动控制原理”中不重点讲述的脉冲响应函数和卷积的概念，而在“信号与系统”中作为重点进行阐述，这样可以拓宽学生的知识面，为第三学年学生选专业奠定了基础。
6结语
“自动控制原理”是有关自动化专业的一门基于实践的理论基础课。各个相关高校都非常重视这门课的教学改革与创新，并取得了很大的成绩。但在教学中还存在着诸如学生的学习积极性和实验条件的限制等问题。随着时代的进步，、教学手段的更新也会与时俱进。只有不懈地努力，坚持理论与实践相结合的原则、坚持以培养学生的解决实际问题的能力为基准，就一定能进一步提高教学质量。
参考文献
[1]罗冀，程桂芬，等.控制工程与信号处理[m].北京：化学工业出版社，2004.
[2]鄢景华.自动控制理论[m].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000.
[3]胡寿松.自动控制原理[m].第四版.北京：科学出版社，2002.
量子系统控制理论与方法篇4
关键词:模糊控制;温度;湿度;监控系统
中图分类号:tp273文献标识码:a
文章编号:1004-373X(2009)21-149-03
DesignofConditionLab′stemperatureandHumidityFuzzyControlSystem
wUwenping,ZHanGZhisheng,ZHanGming
(pLaUnit69046,Urumqi,830001,China)
abstract:theconditionlab′stemperatureandhumidityhavethecharacteristicsofnon-linear,longdelay,highprecisionandcomplicatedmathematicmodel.Conventionalcontrolsystemhasthebugoflowprecisionandtoocomplicatedmodel.thedatacollectedfromtemperatureandhumiditysensorsiscomputedwiththeestablishedrulesandtheselectedfactorsbasedonthefuzzycontroltheory,thefinalresultisacquiredtocontrolthetemperatureandhumidityfactorstrendtothesetting.thissystemhasvirtuesofquickconvergence,highprecisionandhighstabilitycontrasttoconventionalsystem.
Keywords:fuzzycontrol;temperature;humidity;monitoringcontrolsystem
传统的温、湿度闭环控制通常采用开关控制或piD控制,前者实现简单但精度差,后者精度高,但需建立数学模型,参数整定要求较高[1,2],而在温湿度非线性复杂变化的环境下,不易精确建模[1]。模糊控制理论是能够模拟人脑智能,随环境变化的自适应控制技术,适合于非线性系统和难以用数学模型精确描述的复杂系统。进一步可以采用神经网络与模糊推理结合的控制新模式。
1环境实验室温湿度监控系统结构
环境实验室温、湿度监测控制机构见图1。温、湿度传感器测得的信号经过调理,输入到模糊控制算法模块,产生决策信号控制驱动件(加热器、制冷器、加湿器、除湿器),保持环境实验室温、湿度恒定在设定值。
2控制系统模糊控制机理
典型的模糊逻辑控制由模糊化、模糊推理和清晰化三部分组成。下面以温度控制为例来具体说明。依据传统模糊控制模型,本设计中温度模糊控制系统原理如图2所示[4]。
模糊控制器选用双输入单输出控制方式,以温度误差e和误差变化率ec作为输入变量,以u作为输出变量。模糊子集为e=eC=U={nB,nm,nS,Ze,pS,pm,pB}={负大,负中,负小,零,正小,正中,正大},其论域为[5]:e=ec=u=[-3,3]={-3,-2,-1,0,1,2,3}。隶属度函数采用三角分布函数,如图3所示。
根据控制系统的输入/输出特性,以消除温度偏差为控制目标,制订控制规则如表1所示。
由模糊规则进行推理可以得出模糊控制器语言规则的输入输出关系,其关系是一个非线性的关系曲面。当偏差较大时,控制量的变化应尽力使偏差迅速减小;当偏差较小时,除了要消除偏差外,还要考虑系统的稳定性,防止系统出现过冲,甚至引起系统振荡。
由隶属度函数及规则表,使用mamdani推理方法和面积重心法进行清晰化,可得到控制查询表。
对应输出量U实际意义如表3所示。
工作机理:依照模糊控制查询表建立的二维常数数组,将输入偏差e和偏差变化率eC量化到其基础变量论域,作为数组的行和列实时检索该查询表,得到实时输出U,依照输出量U的实际意义控制加热器或制冷器,从而驱使温度稳定在设定值。
3控制系统程序设计
采用St语言进行程序设计,包括主程序、模糊控制算法、中断服务程序、操作命令与报警程序,其中模糊控制算法程序流程图如图4所示。
4应用效果
外部环境温度从16℃降温到-20℃,应用效果如图5所示,从开始到基本稳定(与设定值相差±1℃)用时510s,系统稳定后波动范围在±0.8℃以内。收敛速度、系统稳定性与量化因子、比例因子有关,合理选择量化因子、比例因子,在收敛速度与稳定性之间取得平衡。
5结语
本设计采用基于模糊控制理论的控制策略,实现了环境实验室的温度、湿度的可靠测量和控制,具有精度高、稳定性好、收敛速度快等优点,与传统开关控制系统相比,具有精度、速度、稳定优势;与基于预测的模糊控制方式[6]、双模糊控制策略[7]、参数自学习模糊控制[8]策略相比减少了运算复杂度。
对于温、湿度具有明显耦合效应的环境,可以采用温、湿度解耦合运算后[9],再分别进行控制。
参考文献
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[2]邓荣.基于at89S52单片机的啤酒发酵温度控制系统\.国外电子测量技术,2007,26(11):59-61.
[3]鞠训光,于洪珍.基于神经网络-模糊推理构建弹药贮存温度湿度监控系统\.空军工程大学学报,2005,6(6):34-37.
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[8]黄浩,申群泰.基于参数自调整的真空烧结炉温度模糊控制系统\.应用科技,2005,32(11):48-50.
量子系统控制理论与方法篇5
一、“系统理论”内涵与企业决策会计信息系统的划分
(一)“系统理论”内涵系统这个词是从希腊语“system”一词派生出来的。系统是内部互相依赖的各个部分，按照相关规则，为实现某一特定目标而联系在一起的合理的、有序的组合。系统的每一部分都是一个单元，它们必须完成各自分担的部分工作，共同实现既定目标。由系统的定义可以得出系统的一些重要属性：即系统具有的目标；系统具有特定的功能，系统具有的结构，它由若干部分及其相互关系构成，其中输入、处理、输出、反馈和控制是一般系统都具有的基本要素；系统具有边界，并以此将该系统与其他系统及系统外部相区别。如果将全社会看作一个大系统，那么某个企业只是社会的一个细胞，一个小系统。这个小系统不可能孤立存在，其必然受到外部环境的影响、制约，一切系统都只有在一定条件下才能存在，系统与其外部条件存在着相互依赖的关系，这个外部条件就是系统的环境。系统与系统的环境组成了一个更大的系统，该系统是指政治、经济、技术和社会诸因素构成企业系统的外部环境。企业的外部环境是企业存在的条件，环境向企业输入企业经营过程中所需要的各种资源，企业向环境输出产品或劳务，环境的好坏对企业产生着较大的影响；企业要适应环境，改造环境，在环境中求发展。在企业内部按其管理职能又分为若干个子系统，这些子系统对外(内)部信息源进行接收、整理、加工、输出信息，为企业经营决策服务。这样便形成了企业经营决策会计信息系统。
(二)企业决策会计信息系统的划分根据“系统理论”的要求，结合企业经营系统内部各环节的职能，可以将企业经营系统划分为以下子系统。包括：经营战略子系统；经营信息子系统；市场营销子系统；资源供应子系统；生产经营子系统；新技术应用及开发子系统；质量保证子系统；投融资子系统；无形资产开发与运营子系统；决策支持子系统。这些子系统具有各自的目标、功能和边界，既相对独立又相互依存，共同构成企业经营决策会计体系。
二、经营决策会计信息的构成要素
(一)企业经营战略子系统信息与市场营销子系统信息企业经营战略子系统信息。首先，该系统可提供企业外部微观的、中观的和宏观的环境方面信息；其次，提供企业战略目标的选择、实施监督和控制方面的信息；第三，提供企业内部资源及其运营方面的信息。市场营销子系统信息。包括：市场营销分子系统提供的信息；市场需求与预测信息；市场营销战略决策信息；市场营销组合信息等。
(二)资源供应子系统信息与生产经营子系统信息资源供应子系统信息，主要包括：物资源方面的信息；资金资源方面的信息；人力资源方面的信息；其他资源等方面的信息。生产经营子系统信息，主要包括：市场需求信息；生产能力信息；设施选址、工作部门及设备布置信息；产品与服务计划以及与之相关的产品品种、系列品信息；产品批量、产品质量信息；设备更新改造、作业设计等方面信息。
(三)新技术应用与开发子系统信息企业科技情报网络收集的信息；人才引进与使用信息；技术创新及科技成果转化信息；新技术应用信息；开发新技术成本与效益分析信息；新产品开发中量本利分析信息；其他相关信息。
(四)质量保证子系统信息与企业投融资子系统信息质量保证子系统信息，包括：行业中产品质量信息；用户需要的质量信息；质量成本信息；质量认证信息；质量控制信息；质量、成本与效益关系分析信息等。企业投融资子系统信息，包括：资本市场相关信息；资本运营决策信息；短期投资决策信息；融资决策信息；投融资分析方面的信息。
(五)无形资产开发与运营子系统信息专利权、非专利技术、商标权、商誉等无形资产信息；企业产品、品牌运营相关信息；企业无形资产价值确认和计量或估价信息；企业无形资产运营、管理、分析、评价等方面信息。
(六)决策支持子系统信息决策支持子系统(DSS)主要是以现代管理科学、运筹学、控制论等现代管理理论和方法为基础，以计算机和信息技术为手段，面对半结构化或非结构化的决策问题，建立完整的数据库管理系统、数学模型管理系统和人――机会话管理系统为决策者提供各种备选方案。因此，该子系统信息是以经营信息各子系统为基础的信息，是经过加工后输出的信息。
三、企业经营决策会计信息的反馈与控制
(一)确立控制目标为了实现企业整体效益最优，只有各子系统实现其目标才能将企业整体目标变为现实，而各子系统的目标的实现，又须依靠各分子系统目标的实现。具体来说，企业在经营过程中，对每个环节上的经营业务都要从企业整体出发。对每个问题都要求得最优解，才能保证完成各项经营指标，这些指标有财务指标，也有非财务指标，既有近期的各项预算指标，又有长期的战略规划目标。
量子系统控制理论与方法篇6
关键词DSp调速系统电路仿真
中图分类号：tm3文献标识码：a
1电机调速系统简介
1.1电机生产中的分类
机械生产中广泛使用了两种技术：第一种是不改变同步转速的方法，其中又分为了转子串电阻调速、斩波调速、串级调速、应用电磁砖差离合器（又如液力偶合器、油膜离合器）等调速方式。第二种是改变同步转速的方法，改变定子极对数的多速电动机，其中又分为改变定子电压、频率的变频调速。
1.2电机方式的分类
从调速的方式来看电机调速分为调压调速、变极调速、变频调速、电磁调速。
（1）调压调速顾名思义，就是变动电动机的定子电压实现调速的目的。调压调速时对于单相电动机来说电压是在0-220V之间的电压值；对于三相电动机来说电压是在0-380V之间变化的。调压调速方式的优点在于调速过程中产生的转差能量再次循环利用使得这种方式效率高，缺点在于功率因素较低，并且有谐波干扰、运行时没有制动转矩一般用于单象限运行的负载。
（2）变极调速的定义是改变电动机定子绕组的接线方式来变动电动机磁极的对数，进而逐步有级的变化同步转速来实现电动机转速有级地调速。变极调速的电动机产品比较定型，例如单绕组多速电动机。变速调速电动机的优点在于没有附加的差基损耗、效率高，并且控制电路很简单、便于维修、制作成本低，还可以与定子调压或者电磁转差离合器组合使得效率提高。
（3）变频调速，就是用改变异步电动机定子端输入电源的频率使之连续可调来改变它的同步转速，实现电动机调速的方法。变频电机是最节能高效的电机，其优点在于无附加转差损耗，效率高，调速范围广。在低负载运行的时间较长，或者起停运行较频繁的场合可以有节电保护电机的作用。缺点是技术相对复杂，成本较高。
（4）电磁调速就是通过电磁转差离合器来实现调速的目的。电磁调速异步电动机俗称滑差电动机，是一种比较简单可靠的交流无极调速设备。这种电动机采用组合式结构，由拖动电动机、电磁转差离合器和测速发电机等组成，测速发电机是作为转速反馈信号源供控作用。这种电动机的无极调速是通过电磁转差离合器来实现的。其优点在于结构较简单，控制装置容量小，成本便宜，并且运行可靠维修简单，没有谐波干扰。缺点在于速度损失较大，效率比较低。
2三相交流电机
2.1三相同步电机
直流电机中，用换向器绕组代替转子绕组，可以使定子磁场与转子磁场相对静止，产生恒定的电磁转矩，从中我们想到，将电机定子绕组改造成三相对称绕组a-X、B-Y、C-Z，在这个系统中三相对称绕组中通入三相对称正弦电流，就会产生幅值恒定的旋转磁场，其转速等于相电流的角频率。将转子绕组嵌入转子槽中，做成分布绕组，将此分布绕组作为励磁绕组，通入励磁电流，这时在气隙中就会产生正弦分布且幅值恒定的励磁磁场，之后它随着转子一起旋转。
定子磁场和转子磁场相互作用，之后形成电磁转矩。定子旋转磁场速度ws和转子速度wr的大小决定了这两个磁场轴线间的电角度，当ws=wr，时，这个电角度为常数，两个磁场的相对位置不变，产生恒定的电磁转矩。三相同步电机稳态工作时，定子旋转磁场幅值恒定，在励磁绕组中不会产生电动势。但转子磁场在定子绕组中却会产生电动势。
同步电机中转子线圈与定子线圈的等效励磁电感相等，用Lm来表示，再用is表示定子电流，用if表示分布绕组中的励磁电流，用表示定子旋转磁场在d-q坐标系中的空间相位，则电磁转矩te可由下面公式计算得到：
te=-isifLmsin（1）
式（1）中的负号表示电磁转矩的方向应使减小。用f表示励磁绕组磁链，其大小为：
f=Lmif（2）于是，式子（1）又可以改为：
te=fissin（3）
2.2三相异步电机
2.2.1三相异步电机的历史
在说三相异步电动机之前，我们先说电动机的历史。直流电机和交流电机相继诞生于19世纪，拿直流电动机和交流电动机想对比的话，直流电机的转矩更加容易控制，并且直流调速系统具有起、制动性能较好，调速范围广，静差小及稳定性能好等优点，因此作为调速系统的首选机型。随着工业的发展，由于直流电动机内部采用的是机械式换向器，所以大功率高速度的直流电动机设计起来极其复杂，而复杂的设计又造成了价格方面的昂贵以及维护方面的麻烦，在特大功率，超高速度的场合中直流电动机甚至根本无法设计使用使得人们技术突破造成了瓶颈。
随着现代控制理论的发展，电力电子技术的突破以及微机控制的出现，交流电机的速度控制在理论上得到验证，在实际应用中得到了技术上的支持，控制技术越来越成熟，调速性能已经能和直流电机相媲美，应用范围甚至超过了直流电机，并且伴随着交流电动机的先天优势：结构比较简单、制造成本比较低、维护起来也较为经济，交流调速系统的客观发展趋势已经说明总有一天直流电机会完全被交流电机取代。
三相异步电机是当今应用最广泛的交流电机之一，因此对它的控制策略与如何节约能源相结合的研究对基础工业自动化而言具有举足轻重的意义。
2.2.2三相异步电机的试验内容
这次主要的研究课题就是基于tmS320LF2407a电机数字控制DSp芯片的空间矢量模糊调速系统的研究。本次研究我们运用了磁场定向技术、矢量控制理论、SVpwm算法以及模糊控制理论，并由Simulink的仿真来证实该系统动、静态性能好，稳定性高、鲁棒性强、抗干扰能力强等等特点。
（1）矢量控制技术简介
为了使非线性，强耦合的三相异步电机获得较高的动态调速性能，研究人员于上世纪70年代提出了基于转子磁场定向技术的矢量变换方法，即利用坐标变换的方法把三相静止坐标系下的定子电流、电压和主磁链，变换到以转子磁场定向的两相旋转坐标系下，这样，定子电流就被分解成了励磁电流和转矩电流两个分量，矢量控制的基本思想就是通过对这两个电流分量的相位和幅值分别进行控制来实现对电机转矩的控制。实质上而言，矢量控制技术所包含的主要内容是电机等效电路，磁链方程，转矩方程以及坐标变换。
（2）SVpwm算法
空间矢量脉宽调（SpaceVectorpulsewidthmodulation）简称为SVpwm，它是基于如何使三相异步电机获得幅值恒定的圆形旋转磁场为思路而产生的电机控制算法。SVpwm的总体构想是在一个控制系统中把逆变器和电机当做一个整体来考虑，因此对按照这种设想来建立的数学模型进行分析比较简单，实时控制起来也比较方便，实际系统中输出电压和电流中产生的谐波少，并且从节能方面来考虑，相比起传统的Spwm算法而言，SVpwm算法的电压利用率也要高出15%。
（3）模糊控制理论
模糊控制理论最早是在1965年就由美国学者L.a.zadeh首先提出，经过多年研究之后在1973年他又给出了模糊逻辑的定义和相关定理。到了1974年，英国学者e.H.mamdani首先尝试利用模糊控制语句构造模糊控制器，并将它用在锅炉和蒸汽机的控制上，这一次尝试不仅取得了成功，而且这一历史性的创举标志着模糊控制理论的诞生以及运用。模糊自动控制是以模糊集合论，模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机或者微机数字控制，在实质上它是一种非线性控制，从属于智能控制理论的范畴，并且具有系统化的理论基础，同时还具有大量的实际应用。模糊控制理论发展至今已经40多年了，不管是在理论上还是在技术上都有了飞速发展，因此它成为了自动控制领域最有成果的分支之一。
2.2.3三相异步电机的DSp结构
用霍尔器件测量逆变器输出的定子电流ia、iB经过DSp的a/D转换器变化为数字量的，并且利用式子ic=-（ia+iB）来算ic，再通过Clarke和park变换把电流由ia、iB、ic变换成旋转坐标系中的各个直流分量作为电流环的负反馈量。由于异步电动机的转子机械转速与转子磁链转速不同步，所以用电流一磁链位置转换模块求出转子磁链位置，用于参与park变换和逆变换的计算。给定转速n`与转速反馈量n的偏差经过速度pi调节器，其输出作为用于转矩控制的电流t轴参考分量it`。it*和im*（等于零）与电流反馈量it、im的偏差经过电流pi调节器，分别输出m、t旋转坐标系的相电压分量Vm*和Vt*。Vm*和Vt*再通过park逆变换转换成、直角坐标系的定子相电压矢量的分量V*和V*。当定子相电压矢量的分量V*、V*和其所在的扇区数已知时，就可以利用电压空问矢量SVpwm技术，产生pwm控制信号来控制逆变器。以上操作完全可以全部采用软件来完成，从而实现三相异步电动机全数字实时控制。
2.2.4三相异步电动机的软件设计
我们用tm320LF240DSp实现转子磁场定向的矢量控制算法来设计，这个系统是包括系统主程序和中断服务子程序构成的。主程序主要完成DSp芯片的控制系统初始化部分，可以用C语言进行编程来提高程序的可读性；中断服务程序时完成矢量控制算法的主要部分，其采用了DSp的汇编语言编程来满足系统对实时性的要求。
2.2.5系统的仿真
转速阶跃给定为1500r/min，直接启动电机，在2s、4s、6s、8s负载为：20n・m、15n・m、25n・m、20n・m。仿真表明，系统的动态响应快、超调量小及抗干扰能力强。
综上所述，以上结果可以看到该电机速度控制系统中电机的转速响应快，转矩的波动小，超调量小，动态性能和静态性稳定。该仿真是对该调速系统设计思路的验证，结果证明设计思路是可行的，在实际系统设计中可以以该仿真为依据，进行硬件电路的搭建和控制程序的流程设计。
参考文献
[1]李夙.异步电动机直接转矩控制[m].北京：机械工业出版社，1999.
[2]宫鑫，宋稳力.基于tmS320F28335的三相pwm整流器设计与实现[J].机械与电子，2008.（03）：75-77.
[3]雷军.基于DSp+mCU的电机微机保护装置的研制[D].长沙：中南大学，2007.
量子系统控制理论与方法篇7
摘要:目前,我国现有很多工业和民用中小型锅炉,其中大部分自动控制水平很低,存在燃烧不彻底、排烟氧含量偏高、排烟热损失大等问题,直接造成了锅炉热效率低下和大量能源的浪费,同时也给环境带来很大的污染,所以实现锅炉的计算机控制具有重要的意义。采用西门子300pLC为开发平台,设计模糊自整定piD控制器应用于工业锅炉控制系统克服了锅炉控制系统的大惯性、非线性等特点,并结合piD控制稳态精度高的特点,使控制系统有良好的控制效果。在研究模糊控制与传统piD控制相结合的基础上,以工业锅炉为对象,设计了一套完善、实用的自动控制系统。
关键词:模糊控制;piD;自整定;锅炉;pLC
1控制系统方案设计将锅炉汽包水位控制系统作为主要研究内容,汽包水位是锅炉运行中的一个重要参数,它体现出锅炉产生的蒸汽量和给水量之间的动态平衡关系,是锅炉安全运行的重要条件。汽包水位高会使过热器的受热面结垢而被烧坏;而汽包水位过低则会破坏汽水循环,造成水冷壁管供水不足而被烧毁,甚至引起锅炉爆炸。锅炉水位自动控制的任务就是控制给水流量,使其适应蒸发量的变化,维持汽包水位在允许的范围内。将模糊控制算法引入该系统,利用模糊控制易于实现对复杂对象控制的特点,将有经验的操作人员和专家的控制经验应用于控制过程,根据人工控制规则组织控制决策表,然后由该表决定piD参数的输出值,与传统的piD控制相结合,根据锅炉汽包水位运行过程中出现的不同状态和扰动,在线实时的对piD参数整定,使系统运行中保持合适的瞬态参数,易于维持汽包水位在设定值。针对锅炉汽包水位控制系统特点,将蒸汽流量作前馈信号和给水流量作控制信号,设计了三冲量控制系统。1.1锅炉汽包水位的三冲量控制方式。汽包水位采用三冲量控制,将蒸汽流量作为前馈信号,把给水流量作为控制信号,组成汽包水位的三冲量控制系统。1.2系统硬件配置。控制器主要由pLC构成,采用西门子300pLC为开发平台。输入输出系统采用分布式i/o(et200m),通过输入输出模块将现场采集的信号送入到pLC控制器。
2模糊自整定piD控制器设计2.1设计原理。模糊自整定piD控制算法是在piD算法的基础上,以误差e和误差变化量ec作为模糊控制器的输入量,以满足不同e和ec对控制器参数的不同要求,根据模糊合成推理设计piD参数的模糊矩阵表。在锅炉汽包水位控制系统中,输入变量选择为汽包水位的偏差值。和偏差值的变化量ec,输出变量选择为piD参数的校正值,即kp,ki和kdd。在模糊自整定piD控制器中,采用的是二维模糊控制器。2.2模糊控制器设计过程的四个步骤2.2.1构造系统结构,根据采样得到的系统输出值,计算所选择的系统的输入变量。该步骤所完成的工作就是确定模糊控制器的输入量和输出量。2.2.2“模糊化”,即实现输入量或输出量的模糊化,通过量化因子和比例因子将精确量变化的范围(基本论域)模糊化成在模糊集论域范围内。我们可以把精确量用“正大”“、正中”“、负中”“、负小”等模糊语言来分成数个档。这些档的大小关系我们就用在模糊论域上的模糊子集来表示。而模糊子集的大小就和隶属函数有关,隶属函数通常采用:三角形隶属函数、正态分布隶属函数和梯形隶属函数等。不同的隶属函数代表着不同的系统特性,我们一般在系统误差较大时采用具有低分辨率隶属函数,而在系统误差较小时采用具有高分辨率的隶属函数。2.2.3模糊控制表的运算合成,有了前两个步骤的工作,得到输入量和输出量的模糊数,结合操作经验或数据,我们就可以将输入量和控制量的模糊数安排到由一系列的if-then控制规则组成的集合中,利用这些规则信息,采用极大极小值合成法或其他合成算法,我们就可以合成得到控制表。该控制表储存于计算机中,供程序查询输出。2.2.4查询输出和输出量精确化,计算机控制程序通过查询该控制表,即可以找到对应于某模糊数输入量的控制量模糊数,再通过输出量比例因子将模糊输出控制量转换成进行控制量的精确化输出,这实际上是在一个输出范围内,找到一个被认为最具有代表性的、可直接驱动控制装置的确切的输出控制值。2.3模糊自整定piD控制算法在pLC中编程实现。模糊自整定piD控制算法在西门子300pLC上采用语句表编程方式编程实现。采集误差信号和误差变化量信号,将其模糊化到语言变量的论域,采用离线计算的方式将模糊规则制成模糊查询表,通过在线的方式查询模糊控制量输出,最后将piD参数校正值与基准值相加,获得piD参数瞬时值,最后进行piD运算,计算得控制量到控制对象执行器。在pLC中,使用FB功能块和DB数据块来实现模糊控制算法。首先离线计算好模糊关系查询表,把比例因子值、误差的上下限值和模糊关系查询表R送到DB数据块中存储起来。在DB数据块中,模糊关系R要按倾序排放,即按顺序先输入第一列,再输入第二列,第三列,然后在FB功能块中完成计算查询表功能。值得注意的是,在这里采用取整将e单点模糊化,然后,由模糊化子集和模糊关系风求出模糊决策。在程序里,这部分使用比较指令和循环嵌套来完成。最后,用最大隶属度法,由模糊决策求出kp,ki,kd,再进行piD增量式运算得输出控制量。
3结论根据锅炉控制系统的特点,分析了锅炉汽包水位控制系统的控制任务及控制目标,针对工业过程中出现的非线性、大滞后、强耦合、难于控制的工业锅炉控制对象的特点,在传统piD控制器难以达到理想控制效果的前提下,结合当前发展比较迅速的模糊控制理论,使用模糊控制理论和piD相结合的控制器来改造原有的iD控制方式,结合piD控制中稳态精度高的优点,设计了模糊自整定piD控制器,实现了piD参数的在线自整定,使系统保持最优的瞬态参数,使模糊控制与piD控制有机的结合起来,易于达到满意的控制效果。
参考文献
[1]李友善.自动控制原理(第三版)[m].北京,国防工业出版社,2005.
[2]孙优贤,邵惠鹤.工业过程控制技术(应用篇X精)[m].北京:化学工业出版社,2006.
[3]蔡建军等.基于pLC和变频调速的供暖锅炉控制系统设计[J].仪器仪表用户,2004(2).
[4]刘曙光,魏俊民,竺志超著.模糊控制技术[m].北京:中国纺织出版社,2001.
[5]timothyJ.Ross.模糊逻辑及其工程应用[m].北京:电子工业出版社,2001.
量子系统控制理论与方法篇8
关键词:模糊控制;piD;自整定;锅炉;pLC
1控制系统方案设计将锅炉汽包水位控制系统作为主要研究内容,汽包水位是锅炉运行中的一个重要参数,它体现出锅炉产生的蒸汽量和给水量之间的动态平衡关系,是锅炉安全运行的重要条件。汽包水位高会使过热器的受热面结垢而被烧坏;而汽包水位过低则会破坏汽水循环,造成水冷壁管供水不足而被烧毁,甚至引起锅炉爆炸。锅炉水位自动控制的任务就是控制给水流量,使其适应蒸发量的变化,维持汽包水位在允许的范围内。将模糊控制算法引入该系统,利用模糊控制易于实现对复杂对象控制的特点,将有经验的操作人员和专家的控制经验应用于控制过程,根据人工控制规则组织控制决策表,然后由该表决定piD参数的输出值,与传统的piD控制相结合,根据锅炉汽包水位运行过程中出现的不同状态和扰动,在线实时的对piD参数整定,使系统运行中保持合适的瞬态参数,易于维持汽包水位在设定值。针对锅炉汽包水位控制系统特点,将蒸汽流量作前馈信号和给水流量作控制信号,设计了三冲量控制系统。1.1锅炉汽包水位的三冲量控制方式。汽包水位采用三冲量控制,将蒸汽流量作为前馈信号,把给水流量作为控制信号,组成汽包水位的三冲量控制系统。1.2系统硬件配置。控制器主要由pLC构成,采用西门子300pLC为开发平台。输入输出系统采用分布式i/o(et200m),通过输入输出模块将现场采集的信号送入到pLC控制器。
2模糊自整定piD控制器设计2.1设计原理。模糊自整定piD控制算法是在piD算法的基础上,以误差e和误差变化量ec作为模糊控制器的输入量,以满足不同e和ec对控制器参数的不同要求,根据模糊合成推理设计piD参数的模糊矩阵表。在锅炉汽包水位控制系统中,输入变量选择为汽包水位的偏差值。和偏差值的变化量ec,输出变量选择为piD参数的校正值,即kp,ki和kdd。在模糊自整定piD控制器中,采用的是二维模糊控制器。2.2模糊控制器设计过程的四个步骤2.2.1构造系统结构,根据采样得到的系统输出值,计算所选择的系统的输入变量。该步骤所完成的工作就是确定模糊控制器的输入量和输出量。2.2.2“模糊化”,即实现输入量或输出量的模糊化,通过量化因子和比例因子将精确量变化的范围(基本论域)模糊化成在模糊集论域范围内。我们可以把精确量用“正大”“、正中”“、负中”“、负小”等模糊语言来分成数个档。这些档的大小关系我们就用在模糊论域上的模糊子集来表示。而模糊子集的大小就和隶属函数有关,隶属函数通常采用:三角形隶属函数、正态分布隶属函数和梯形隶属函数等。不同的隶属函数代表着不同的系统特性,我们一般在系统误差较大时采用具有低分辨率隶属函数,而在系统误差较小时采用具有高分辨率的隶属函数。2.2.3模糊控制表的运算合成,有了前两个步骤的工作,得到输入量和输出量的模糊数,结合操作经验或数据,我们就可以将输入量和控制量的模糊数安排到由一系列的if-then控制规则组成的集合中,利用这些规则信息,采用极大极小值合成法或其他合成算法,我们就可以合成得到控制表。该控制表储存于计算机中,供程序查询输出。2.2.4查询输出和输出量精确化,计算机控制程序通过查询该控制表,即可以找到对应于某模糊数输入量的控制量模糊数,再通过输出量比例因子将模糊输出控制量转换成进行控制量的精确化输出,这实际上是在一个输出范围内,找到一个被认为最具有代表性的、可直接驱动控制装置的确切的输出控制值。2.3模糊自整定piD控制算法在pLC中编程实现。模糊自整定piD控制算法在西门子300pLC上采用语句表编程方式编程实现。采集误差信号和误差变化量信号,将其模糊化到语言变量的论域,采用离线计算的方式将模糊规则制成模糊查询表,通过在线的方式查询模糊控制量输出,最后将piD参数校正值与基准值相加,获得piD参数瞬时值,最后进行piD运算,计算得控制量到控制对象执行器。在pLC中,使用FB功能块和DB数据块来实现模糊控制算法。首先离线计算好模糊关系查询表,把比例因子值、误差的上下限值和模糊关系查询表R送到DB数据块中存储起来。在DB数据块中,模糊关系R要按倾序排放,即按顺序先输入第一列,再输入第二列,第三列,然后在FB功能块中完成计算查询表功能。值得注意的是,在这里采用取整将e单点模糊化,然后,由模糊化子集和模糊关系风求出模糊决策。在程序里,这部分使用比较指令和循环嵌套来完成。最后,用最大隶属度法,由模糊决策求出kp,ki,kd,再进行piD增量式运算得输出控制量。
3结论根据锅炉控制系统的特点,分析了锅炉汽包水位控制系统的控制任务及控制目标,针对工业过程中出现的非线性、大滞后、强耦合、难于控制的工业锅炉控制对象的特点,在传统piD控制器难以达到理想控制效果的前提下,结合当前发展比较迅速的模糊控制理论,使用模糊控制理论和piD相结合的控制器来改造原有的iD控制方式,结合piD控制中稳态精度高的优点,设计了模糊自整定piD控制器,实现了piD参数的在线自整定,使系统保持最优的瞬态参数,使模糊控制与piD控制有机的结合起来,易于达到满意的控制效果。
参考文献
[1]李友善.自动控制原理(第三版)[m].北京,国防工业出版社,2005.
[2]孙优贤,邵惠鹤.工业过程控制技术(应用篇X精)[m].北京:化学工业出版社,2006.
[3]蔡建军等.基于pLC和变频调速的供暖锅炉控制系统设计[J].仪器仪表用户,2004(2).
[4]刘曙光,魏俊民,竺志超着.模糊控制技术[m].北京:中国纺织出版社,2001.
[5]timothyJ.Ross.模糊逻辑及其工程应用[m].北京:电子工业出版社,2001.
量子系统控制理论与方法篇9
关键词：模糊控制；模糊逻辑系统；自适应控制
0引言
自从1956年美国Zadel教授首次把模糊集这个概念在发表的关于模糊集合理论论文中期提出之后，模糊理论已发展了50年，模糊理论知识体系现已成熟和完善，同时也在工业生产的实践应用的领域越来越广泛。把模糊逻辑技术当做控制规则融入与控制技术中，能有效解决和处理那些传统控制模式构造的控制器难以解决的难题，模糊自适应控制是将模糊逻辑理论与自适应控制相结合，具有鲁棒性强、易于掌握和操作、控制性能好等特点。近年来，模糊自适应控制理论日趋成熟，控制技术也得到很大的发展，尤其是在智能控制、电子自动化以及航天航空等多方面解决了许多实际问题，引起了越来越多学者和技术人员的重视。
1模糊控制理论的基本思想
从1960年至今，现代控制理论广泛应用于重工业的生产实践、电子信息自动化以及航空航天等多方面并且取得了巨大的成功。例如最优化控制这类问题中可以使用极小值原理来参与解决；运用卡尔曼滤波器解决含有有色噪声的系统中的问题加以研究；对大滞后过程的控制使用预测控制理论则能有效控制等等。同样上述控制及应用都需一个基本条件：需能对被控对象进行精确的数学建模。但是由于科技生产力的飞速发展，被控对象和系统的结构越来越繁琐复杂，控制过程中需要考虑和解决的问题越来越多，对于非线性的多参数的复杂被控对象，对被控对象和系统结构的精确建模往往难以进行，这也使得对复杂对象的控制难以进行和处理。
与上述必须对被控对象进行建模才能设计控制器的这种模式恰好相反的是，在对于以上原因和问题处理和解决的过程，通常有丰富操作经验的工作人员并不需要通过对被控对象建模而是可以靠自身丰富的动手经验和熟练地手动控制就可以达到很好的处理和控制效果。这些丰富的经验包括对被控对象的熟知以及在全部可能会发生的情景下应如何改变控制规则从而采取的相对应的控制对策。这些对策和判断常常是通过自然语言来表述的，与精确地数学模型相比这些语言不是系统的而是具有模糊性。即从外界不断的获取相关反馈信息，对这些信息经过分析、研究和整理，做出相对应的决策同时改变控制规则和方式，从而是控制目的达到预期的目标。在这些操作工作过程上，通过研究和分析人的自主能动性和自主控制的行为，利用这些行为特点，让计算机模拟人得思维方式用来控制那些无法构建精确的数学模型的被控对象，从而形成了模糊控制。
模糊控制是集模糊集理论、模糊语言变量及模糊逻辑推理的知识应用在控制方法上，以此来模拟人的模糊逻辑思维，用来解决无法建立精确的数学模型的过程的智能控制方法。模糊控制是在模糊集等理论的基础上将人的推理、判断、思维过程应由比较简单的数学形式描述出来。模糊控制的目标是为解决各种问题提供更加有效的思路和方法，再加上比起传统控制方法，模糊控制可以融入人的思维判断，所以这种控制方法在实际应用中更加得到重视，应用领域也越来越广泛。
2模糊控制
模糊系统是指与模糊概念、模糊逻辑直接相关的系统。它通常是由模糊器、模糊规则库、模糊推理机以及解模糊器这四个模块组成。模糊器首先是把系统输入量进行适当比例对应地量化作为论域中的数值，然后对应每一个量化的数值定义一个模糊子集，并把每个模糊子集所相对应的隶属函数定义出来，最后把数值对应的隶属度应用合适的语言值求出来。模糊规则库中对应的每个规则都是由进行手工操作的工作人员的丰富和熟练的操作经验和知识以及这些工作人员在控制过程中用来计算各种数据的相关算法。模糊推理机是指应用模糊逻辑法则把模糊规则库中的规则用某种映射表达出来。解模糊器则和模糊器的作用相反，解模糊器就是把模糊推理最终得来的结果转换成相应的数值量。
模糊控制系统就是在常规的控制系统中，用模糊逻辑系统来取代传统的控制器，进而使得复杂难以建模的被控对象能得到更有效的控制。
3自适应模糊控制
模糊控制的应用领域越来越广泛，在应用模糊控制进行解决问题过程中可以看出，是否能够制定出好的模糊控制规则将会直接影响到控制效果，而控制规则的制定原则通常是由工作人员在具体操作过程中对被控对象的熟知和了解以及在实际操作过程的实践中总结出来的。在把模糊控制应用那些复杂的时变的非线性不确定的系统时，由于被控过程中出现一些时变的非线的以及高阶性的其他随机干扰等因素，造成纵使采用了模糊控制也不能达到很好的控制目的，如果控制能够自动调节这个问题就能得到解决，所以人们在模糊控制的基础上融于了能够自组织、自学习、自适应的技术，结合这些因素的模糊控制在控制过程中可以利用自学习的功能从外界环境以及自身控制过程当中得到相关有用的信息，并依这些搜集到的信息进行相关的反馈和修改控制规则或参数，从而使得整个系统的控制功能随着问题的变化给出不同的控制规则。
4自适应模糊控制系统结构
自适应模糊控制的设计是为了使得控制具有自组织、自学习、自适应这些特点的，为了能够在控制运行过程中，结合相应地控制效果和外部环境，对控制器的控制方案做进一步的修改和完善使得控制效果达到更好的结果，这就使得模糊控制具有更高的智能性，所以在最常见的自适应模糊控制方案的设计中是把偏差测量、控制校正和规则修改这三个功能块附加在基本模糊控制器中。
其中，偏差测量块，用于测量实际输出和期望输出的偏差值，从而确定系统控制中需要校正的量，以便为系统控制规则的修正提供信息；控制量校正块，用于把输出应答需要校正的量转换成控制量需要校正的量；规则修改块，对控制量的修改通过校正控制规则来实现校正量。自适应模糊控制器的工作原理是：通过测量输出误差的差值来获得需要校正的信息，然后将需要校正的输出应答的校正量转换成控制量需要的校正量，最终通过修改控制规则来实施校正量。
5自适应模糊控制的研究与发展
1960年代中期，Zadeh教授创建了模糊集理论，与mamdani教授等人分别开展了一系列关于模糊控制的研究工作，自从模糊控制得到了学者的大量研究和实践，模糊控制理论逐渐发展成富有发展成果和发展吸引力的研究领域。
1979年，procyk和他的导师mamdani提出了一种能使模糊控制规则自动生成和自动修改的自组织模糊控制器（SoC），第一次在模糊控制的结构中加入了自组织的功能，首次在较高起点上实现了如何用自组织模糊控制器在较短时间内在一类大过程的问题上取得更好地控制效果。Shao等人后来对算法作了一些改进并应用在实际生产中，之后Rhee和Vander等人进一步通过由定量过程来获得定性控制规则的方法改进了控制器。
pedrycz提出了一种模糊关系模型的辨识方法，该方法是基于参考模糊集的系统模糊关系模型而实施的；t.takagi和m.Sugeno紧跟R.m.tong的研究步伐，提出了一种用模糊集理论去辨识系统模糊模型的语言的方法。这两种极具有代表意义辨识方法为工业的实际生产中的建模提供极有效的工具，并为自适应模糊控制的进一步研究发展提供了非常有效的工具。Z.Bien和Yong-taeKim应用了变结构控制的思想设计了鲁邦自学习的控制器用于解决传统的自组织模糊控制过程中出现的外部干扰敏感问题，在双关节倒立摆控制过程中取得了良好的控制效果，但是控制过程中出现了震动现象。
Harris和moore提出了建立在过程模糊模型基础上而不是直接把模糊逻辑技术直接当成控制器的间接自适应模糊控制，使得类似自校正调节器的控制功能最终得以实现。Layne等人在传统的模型参考自适应控制的控制过程中加入了模糊逻辑技术从而得到了新的模糊模型参考学习控制。张化光在借鉴tS模型的模糊自校正控制的基础上在控制器上应用了广义预测控制律，用这种方法很好的解决了具有不确定时滞问题，同时能顾及系统模型失配的影响，具有良好的鲁棒性。G.V.S.Raju和J.Zhou基于K.F.Glu和S.Daley把自适应控制器应用在复杂多变过程的研究成果上提出了递阶模糊控制以及自适应递阶模糊控制。G.V.SRaju等人在戴忠达的算法基础上，提出了一类自适应多级模糊控制器。之后a.Gegov提出了应用于城市交通控制网络的一类多级智能模糊控制器。K.Y.tu等人设计了利用滑动超平面连接多个单变量的FLC的多层模糊控制器，并阐述了闭环系统稳定性的条件。
6结语
模糊控制相对于传统的控制理论能够解决更多实际复杂的建模以及控制问题，是一种极为有效的控制方法，自适应模糊控制是一种具有自组织、自学习、自适应的控制方法，在控制过程中，自适应模糊控制系统能够在系统运行过程中根据外界反馈的信息不断修改自身的控制规则，使得系统的性能更加的完善改善了系统的性能。近几年来，自适应模糊控制因为其自身的控制特性而取得了很大进展，基于模型的自适应模糊控制与神经网络控制的结合，使系统功能以及稳定性得到进一步增强，为非线性系统的建模以及控制提供了有效的工具。自适应模糊控制在近几年的发展中已开始向多元化和交叉学科方向发展，加强对自适应模糊控制的研究是近几年越来越迫切的问题，同时模糊-神经网络混合系统的出现给自适应模糊控制的研究带来了新的生机，但是由于系统的非线性与复杂性使得研究工作的难度大大增加。自适应模糊控制系统逐渐向混合系统模式方向发展，对于自适应模糊控制的研究有着很大的发展潜力和广阔的应用前景。
参考文献：
[1]m.Krstic，i.Kanellakopoulos，andp.Kokotovic，nonlinearandadaptiveControlDesign，newYork：wiley，1995.
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[3]Ya-QinZheng，Yan-JunLiu，Shao-Chengtongandtie-ShanLi，CombinedadaptiveFuzzyControlforUncertainmimononlinearSystems.2009americanControlConference.
量子系统控制理论与方法篇10
论文摘要：目前我们日常所使用的一些带有或使用变频器驱动系统的设备都会产生大量的高次谐波，这种严重的电磁辐射是我们平时用肉眼看不到的隐形杀手，无论是对我们的身体健康，还是对精密仪器的使用，它都有严重的危害性，而且影响深远。
变频器是运动控制系统中的功率变换器。目前的运动控制系统包含多种学科的技术领域，总的发展趋势是驱
动的交流化、功率变换器的高频化、控制的数字化、智能化和网络化。因此，变频器作为系统的重要功率变换部件，因提供可控的高性能变压变频的交流电源而得到迅猛发展。
变频器的快速发展得益于电力电子技术、计算机技术和自动控制技术及电机控制理论的发展。变频器的发展水平是由电力电子技术、电机控制方式以及自动化控制水平三个方面决定的。当前竞争的焦点在于高压变频器的研究开发生产方面。
随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展，变频器的性能价格比越来越高，体积越来越小，而且厂家仍在不断地提高可靠性，为实现变频器的进一步小型轻量化、高性能化和多功能化以及无公害化而做着新的努力。辨别变频器性能的优劣，一要看其输出交流电压的谐波对电机的影响；二要看对电网的谐波污染和输入功率因数；最后还要看本身的能量损耗（即效率）。这里仅以量大面广的交—直—交变频器为例，阐述其发展趋势：主电路功率开关元件的自关断化、模块化、集成化、智能化；开关频率不断提高，开关损耗进一步降低。
在变频器主电路的拓扑结构方面。变频器的网侧变流器对低压小容量的装置常采用6脉冲变流器，而对中压大容量的装置采用多重化12脉冲以上的变流器。负载侧变流器对低压小容量装置常采用两电平的桥式逆变器，而对中压大容量的装置采用多电平逆变器。对于四象限运行的转动，为实现变频器再生能量向电网回馈和节省能量，网侧变流器应为可逆变流器，同时出现了功率可双向流动的双pwm变频器，对网侧变流器加以适当控制可使输入电流接近正弦波，减少对电网的公害。
脉宽调制变压变频器的控制方法可以采用正弦波脉宽调制控制、消除指定次数谐波的pwm控制、电流跟踪控制、电压空间矢量控制（磁链跟踪控制）。
交流电动机变频调整控制方法的进展主要体现在由标量控制向高动态性能的矢量控制与直接转矩控制发展和开发无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制系统方面。微处理器的进步使数字控制成为现代控制器的发展方向。运动控制系统是快速系统，特别是交流电动机高性能的控制需要存储多种数据和快速实时处理大量信息。
近几年来，国外各大公司纷纷推出以dsp（数字信号处理器）为基础的内核，配以电机控制所需的功能电路，集成在单一芯片内的称为dsp单片电机控制器，价格大大降低、体积缩小、结构紧凑、使用便捷、可靠性提高。
在dsp出现之前数字信号处理只能依靠mpu（微处理器）来完成。但mpu较低的处理速度无法满足高速实时的要求。随着大规模集成电路技术的发展，1982年世界上首枚dsp芯片诞生了。这种dsp器件采用微米工艺nmos技术制作，虽功耗和尺寸稍大，但运算速度却比mpu快了几十倍，尤其在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。dsp芯片的问世标志着dsp应用系统由大型系统向小型化迈进了一大步。随着cmos技术的进步与发展，第二代基于cmos工艺的dsp芯片应运而生，其存储容量和运算速度成倍提高，成为语音处理、图像硬件处理技术的基础。80年代后期，第三代dsp芯片问世，运算速度进一步提高，其应用于范围逐步扩大到通信、计算机领域。
90年代dsp发展最快，相继出现了第四代和第五代dsp器件。现在的dsp属于第五代产品，它与第四代相比，系统集成度更高，将dsp芯核及组件综合集成在单一芯片上。这种集成度极高的dsp芯片不仅在通信、计算机领域大显身手，而且逐渐渗透到人们日常消费领域，前景十分可观。