1、自動(dòng)化技術(shù)前沿講座之三自動(dòng)化技術(shù)前沿講座之三2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song22022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song3控制環(huán)節(jié)控制環(huán)節(jié) Gcu u被控對(duì)象被控對(duì)象Go+ +- -e參考輸入?yún)⒖驾斎氡容^環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)偏差偏差控制量控制量輸出輸出y y反饋環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié) H主反饋主反饋 擾動(dòng)擾動(dòng)n n2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song4相對(duì)傳統(tǒng)控制的以相對(duì)傳統(tǒng)控制的以溫度、壓力、液溫度、壓力、液位位等為目標(biāo)的等為目標(biāo)的單回路控制單回路控制而言，而言，先進(jìn)控制先進(jìn)控制則是以則

2、是以質(zhì)量和工藝質(zhì)量和工藝要要求為指標(biāo)的多變量控制求為指標(biāo)的多變量控制2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song5 單回路控制系統(tǒng)有：單回路控制系統(tǒng)有：1、燃燒系統(tǒng)燃料、送風(fēng)、負(fù)壓、含氧量等控制、燃燒系統(tǒng)燃料、送風(fēng)、負(fù)壓、含氧量等控制2、加熱系統(tǒng)物流的溫度控制、加熱系統(tǒng)物流的溫度控制3、物流系統(tǒng)流量、壓力等控制、物流系統(tǒng)流量、壓力等控制 各種控制回路之間存在著強(qiáng)耦合各種控制回路之間存在著強(qiáng)耦合 系統(tǒng)具有非線性因素系統(tǒng)具有非線性因素 各參數(shù)之間有互動(dòng)作用各參數(shù)之間有互動(dòng)作用作干擾處理作干擾處理2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan

3、Song6燃料 送風(fēng)機(jī) 引風(fēng)機(jī) 噴水 壓力 風(fēng)燃比 負(fù)壓 溫度 水位 給水 結(jié)論：結(jié)論：1、在耦合作用下各被控參數(shù)必然有很大波動(dòng)、在耦合作用下各被控參數(shù)必然有很大波動(dòng) 2、人們關(guān)心的控制指標(biāo)：燃燒效率、尾氣含、人們關(guān)心的控制指標(biāo)：燃燒效率、尾氣含 氧量、影響安全因素（水位、負(fù)壓）等氧量、影響安全因素（水位、負(fù)壓）等 3、必需將加熱爐作一整體來考慮多變量系統(tǒng)、必需將加熱爐作一整體來考慮多變量系統(tǒng) 2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song7制藥發(fā)酵罐控制制藥發(fā)酵罐控制菌體濃度菌體濃度還原糖濃度還原糖濃度氨氮濃度氨氮濃度青霉素效價(jià)青霉素效價(jià) 營養(yǎng)液營養(yǎng)液氨水氨水

4、硫氨（氮）硫氨（氮）苯乙酸苯乙酸2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song92022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song10GrGcG GmGf給定值給定值W yruym輸出輸出y干擾干擾D內(nèi)部模型內(nèi)部模型反饋濾波器反饋濾波器內(nèi)部控制器內(nèi)部控制器參考輸入濾波器參考輸入濾波器被控對(duì)象被控對(duì)象內(nèi)?？刂平Y(jié)構(gòu)框圖內(nèi)?？刂平Y(jié)構(gòu)框圖2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song11Gc(s)G(s)u(t)輸出輸出y(t)干擾干擾D(t)控制器控制器被控對(duì)象被控對(duì)象給定值給定值W一般反饋控制系統(tǒng)框圖一般反

5、饋控制系統(tǒng)框圖2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song12給定值給定值W W內(nèi)部模型內(nèi)部模型Gc(s)G(s) Gm(s)uym輸出輸出y(t)干擾干擾D(t)被控對(duì)象被控對(duì)象等效內(nèi)模控制結(jié)構(gòu)框圖等效內(nèi)?？刂平Y(jié)構(gòu)框圖 Gm(s)干擾的估干擾的估計(jì)值計(jì)值C(s)(tD2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song13)(tD)()(1)()(zGzGzGzCcmc)()(1)()(zGzCzCzGmC或或系統(tǒng)的反饋信號(hào)：由于引入的內(nèi)部模型，反饋量系統(tǒng)的反饋信號(hào)：由于引入的內(nèi)部模型，反饋量由輸出全反饋?zhàn)兂闪藬_動(dòng)的估計(jì)量由輸出全反

6、饋?zhàn)兂闪藬_動(dòng)的估計(jì)量 。當(dāng)。當(dāng)Gm(z) 與與G(z)不完全一致時(shí)，不完全一致時(shí)， 將包含模型失配的某將包含模型失配的某些信息，從而有利于系統(tǒng)抗干擾性設(shè)計(jì)，增強(qiáng)系些信息，從而有利于系統(tǒng)抗干擾性設(shè)計(jì)，增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性。統(tǒng)的魯棒性。)(tD2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song142022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song15)()()()()()(1)()()(zDzDzWzGzGzCzCzGzYm內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)的特征方程內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)的特征方程 1+C(z)G(z)- Gm(z)=0方程兩邊同乘方程兩邊同乘 1/C(Z)G

7、(z) 0)()(1)()(1zGzGzGzCm2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song160)()(1zGzC 內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件內(nèi)模控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是上式的根全部位于單位圓內(nèi)。是上式的根全部位于單位圓內(nèi)。 2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song170)(1zC0)(1zG2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song180)(1zC0)(1zG2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song192022年4月12日星期二 Copy

8、right by Zhihuan Song202022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song212022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song22smmmmesGsGsG)()()(2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song232022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song241) 1 ()1 (1 )1 () 1 ()1 (1) 1 () 1 ()(lim)(DDGGCCGtyymt0)(1)(ye2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihu

9、an Song252022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song26給定值給定值 W(z)內(nèi)部模型C(z)G(z)Gm(z)U(z)ym輸出輸出Y(z)干擾干擾D(z)被控對(duì)象被控對(duì)象帶有濾波器的內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)框圖帶有濾波器的內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)框圖F(z)(tD2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song270)()()()(1zGzGzFzCm2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song28111)(zzF) 10(111)1(1)(zGzFmGm(z) = Gm-(z)Gm+(z)e-tous) 1

10、0(2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song29)10(111)(zzF2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song303421212,1z) 10(2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song31 2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song332022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song342022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song352022年4月12日星期二 Copyright

11、by Zhihuan Song362022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song37尖銳矛盾2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song382022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song392022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song40：提供了一種先進(jìn)控制技術(shù)的簡單實(shí)現(xiàn)方式。：提供了一種先進(jìn)控制技術(shù)的簡單實(shí)現(xiàn)方式。：專門針對(duì)多變量約束系統(tǒng)提出的一種控制方法，：專門針對(duì)多變量約束系統(tǒng)提出的一種控制方法，真正體現(xiàn)了預(yù)測(cè)控制的思想和優(yōu)點(diǎn)。真正體現(xiàn)了預(yù)測(cè)控制的思想和優(yōu)點(diǎn)

12、。：提供了一種自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制框架，但并不適用于：提供了一種自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制框架，但并不適用于多變量約束系統(tǒng)。多變量約束系統(tǒng)。2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song412022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song422022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song432022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song44濾波器y(k|k)y(k-n)2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song45預(yù)估器y(k+d|k)y(k)2022

13、年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song46被控系統(tǒng)y(k)u(k)控制器2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song47被控系統(tǒng)y(k)u(k)控制器反饋r(k)+-2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song482022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song49+_受控過程預(yù)測(cè)模型反饋校正在線優(yōu)化+_+r(k)y(k)u(k)d(k)y(k|k)ym(k+j| k)2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song502022年4月1

14、2日星期二 Copyright by Zhihuan Song512 yu143未來未來過去過去k 時(shí)刻時(shí)刻 1控制策略控制策略 2控制策略控制策略 3對(duì)應(yīng)于控制對(duì)應(yīng)于控制 策略策略的輸出的輸出 4對(duì)應(yīng)于控制策略對(duì)應(yīng)于控制策略的輸出的輸出2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song52kk+mk - j過去當(dāng)前未來控制時(shí)域M預(yù)測(cè)時(shí)域Pk+py(k-j)u(k-j)y1 (k+j|k)y2 (k+j|k)u1 (k+j|k)u2 (k+j|k)2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song53mjjniijkubikyaky11)

15、()()()()()()() 1(kCxkykBukAxkxBAzICzuzyzG1)()()(2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song54IzAAzzIAzI)()(322123211)(AzAzIzAzI111)(jjjjjjzhBzACzGBCAhjj12022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song55Njjjkugky1)()()()()(11NkuajkuakyNNjj) 1()()(kukuku 2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song562022年4月12日星期二 Copy

16、right by Zhihuan Song572022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song58uuyryryk時(shí)刻優(yōu)化時(shí)刻優(yōu)化213yk+1時(shí)刻優(yōu)化時(shí)刻優(yōu)化213k+1kt/T1參考軌跡參考軌跡yr (虛線虛線)2最優(yōu)預(yù)測(cè)輸出最優(yōu)預(yù)測(cè)輸出y(實(shí)線實(shí)線)3最優(yōu)控制作用最優(yōu)控制作用u2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song59kk+mk - j過去當(dāng)前未來控制時(shí)域預(yù)測(cè)時(shí)域k+py(k-j)u(k-j)y (k+j| k)u (k+j| k)設(shè)定值軌跡2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song

17、602022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song612022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song62yukk+141231k時(shí)刻的預(yù)測(cè)輸出時(shí)刻的預(yù)測(cè)輸出2k時(shí)刻實(shí)際輸出時(shí)刻實(shí)際輸出 3預(yù)測(cè)誤差預(yù)測(cè)誤差4k時(shí)刻校正后的預(yù)測(cè)輸出時(shí)刻校正后的預(yù)測(cè)輸出t/T) 1() 1() 1() 1() 1() 1( kykykekekykymm2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song63kk - jk+Py(k-j)u(k-j)y (k+j| k)u (k+j )ym (k+j| k-1)y(k)ym(k

18、)e(k)()()() 1() 1() 1() 1( kykykekekekykymm2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song642022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song652022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song662022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song682022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song69被控對(duì)象被控對(duì)象控制器控制器控制器參數(shù)控制器參數(shù) 校正準(zhǔn)則校正準(zhǔn)則2022年4月12日星期二 Copyr

19、ight by Zhihuan Song70被控對(duì)象被控對(duì)象控制器控制器增益調(diào)度增益調(diào)度2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song71參考模型參考模型控制器控制器被控對(duì)象被控對(duì)象參數(shù)校正準(zhǔn)參數(shù)校正準(zhǔn)則則2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song72被控對(duì)象被控對(duì)象參數(shù)估計(jì)參數(shù)估計(jì)控制器控制器控制器參控制器參數(shù)校正數(shù)校正2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song73增益調(diào)度控制器增益調(diào)度控制器自適應(yīng)控制器自適應(yīng)控制器可變參數(shù)控制器可變參數(shù)控制器固定參數(shù)控制器固定參數(shù)控制器2022年4月12

20、日星期二 Copyright by Zhihuan Song742022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song75魯棒控制魯棒控制 魯棒控制是魯棒控制是7070年代興起的、目前仍然非?；钴S的一個(gè)研年代興起的、目前仍然非常活躍的一個(gè)研究領(lǐng)域，具有非常廣泛的研究內(nèi)容。究領(lǐng)域，具有非常廣泛的研究內(nèi)容。本世紀(jì)初，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法主要是基于本世紀(jì)初，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法主要是基于Bode曲線和曲線和Nyquist曲線，曲線，3 可以用間接的方法處理系統(tǒng)不確定性問題可以用間接的方法處理系統(tǒng)不確定性問題3 發(fā)展了在增益和相位存在變化時(shí)仍能保證閉環(huán)系發(fā)展了在增益和相位存在變化時(shí)仍能

21、保證閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的增益裕度和相位裕度概念統(tǒng)穩(wěn)定的增益裕度和相位裕度概念3 遺憾的是這些處理方法大多數(shù)局限于單變量輸入遺憾的是這些處理方法大多數(shù)局限于單變量輸入單變量輸出系統(tǒng)。單變量輸出系統(tǒng)。2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song76 隨著時(shí)間的推移，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展要求處理大量的多變量隨著時(shí)間的推移，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展要求處理大量的多變量輸入多變量輸出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題輸入多變量輸出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題 以以二次型最優(yōu)控制二次型最優(yōu)控制(LQ)(LQ)為代表的一類多變量控制系統(tǒng)設(shè)為代表的一類多變量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和最優(yōu)化方法應(yīng)運(yùn)而生。計(jì)和最優(yōu)化方法應(yīng)運(yùn)而生。 但是隨著其在實(shí)

22、際工程中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)但是隨著其在實(shí)際工程中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)LQLQ理論設(shè)計(jì)出來理論設(shè)計(jì)出來的控制器對(duì)系統(tǒng)不確定性因素反應(yīng)較為敏感的控制器對(duì)系統(tǒng)不確定性因素反應(yīng)較為敏感 不能保證閉環(huán)系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定性和性能的魯棒性不能保證閉環(huán)系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定性和性能的魯棒性 控制器設(shè)計(jì)過程要求準(zhǔn)確知道干擾過程的全部統(tǒng)計(jì)特性控制器設(shè)計(jì)過程要求準(zhǔn)確知道干擾過程的全部統(tǒng)計(jì)特性 這一要求使該理論的工程應(yīng)用受到工程實(shí)際條件的某些這一要求使該理論的工程應(yīng)用受到工程實(shí)際條件的某些限制限制2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song7760-7060-70年代，控制理論中關(guān)于狀態(tài)空間的結(jié)構(gòu)性理

23、論年代，控制理論中關(guān)于狀態(tài)空間的結(jié)構(gòu)性理論得到了突破性的進(jìn)展得到了突破性的進(jìn)展3建立了線性系統(tǒng)的能控、能觀性理論建立了線性系統(tǒng)的能控、能觀性理論3提出了反饋鎮(zhèn)定的一整套嚴(yán)密的理論和方法提出了反饋鎮(zhèn)定的一整套嚴(yán)密的理論和方法3這些理論和方法卻依賴于受控對(duì)象的精確的數(shù)學(xué)這些理論和方法卻依賴于受控對(duì)象的精確的數(shù)學(xué)模型模型2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song78由于實(shí)際的系統(tǒng)往往都是運(yùn)行在不斷變化的環(huán)境中，由于實(shí)際的系統(tǒng)往往都是運(yùn)行在不斷變化的環(huán)境中，各種因素各種因素( (如溫度、原料、負(fù)荷、設(shè)備等如溫度、原料、負(fù)荷、設(shè)備等) )都是隨時(shí)間都是隨時(shí)間變化的，一

24、般說來，這種變化是無法精確掌握的。變化的，一般說來，這種變化是無法精確掌握的。又由于受理論和方法的限制，在實(shí)際系統(tǒng)的建模過程又由于受理論和方法的限制，在實(shí)際系統(tǒng)的建模過程中經(jīng)常要做中經(jīng)常要做些簡化處理，如降階、時(shí)變參數(shù)的定常些簡化處理，如降階、時(shí)變參數(shù)的定?；幚?、非線性方程的線性化等化處理、非線性方程的線性化等使得實(shí)際系統(tǒng)和我們賴以做分析和設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型之使得實(shí)際系統(tǒng)和我們賴以做分析和設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型之間存在一定的差別間存在一定的差別。2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song79數(shù)學(xué)模型的這種不確定性必須在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)數(shù)學(xué)模型的這種不確定性必須在控制系

25、統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行考慮行考慮因此在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的：因此在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的：3穩(wěn)定魯棒性穩(wěn)定魯棒性3在穩(wěn)定魯棒性要求的前提條件下的在穩(wěn)定魯棒性要求的前提條件下的性能魯棒性性能魯棒性很值得進(jìn)行研究的。很值得進(jìn)行研究的。2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song80從廣義上來說，系統(tǒng)從廣義上來說，系統(tǒng)不確定性不確定性按其結(jié)構(gòu)可以分為以按其結(jié)構(gòu)可以分為以下兩類：下兩類：3不確定性的結(jié)構(gòu)未知，僅僅已知不確定性變化不確定性的結(jié)構(gòu)未知，僅僅已知不確定性變化的界限。的界限。3不確定性的結(jié)構(gòu)已知，存在著參數(shù)的變化不確定性的結(jié)構(gòu)已知，存在著參數(shù)的變化( (參參數(shù)不確定性數(shù)不確定性)

26、 )。2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song81“魯棒魯棒”一詞來自英文詞一詞來自英文詞“RobustRobust”的音譯的音譯RobustnessRobustness，即，即魯棒性，魯棒性，其含義是穩(wěn)健、強(qiáng)壯，因而也其含義是穩(wěn)健、強(qiáng)壯，因而也常稱之為穩(wěn)健性或強(qiáng)壯性常稱之為穩(wěn)健性或強(qiáng)壯性在在7070年代初期，人們正式地將魯棒性的概念引入現(xiàn)代控年代初期，人們正式地將魯棒性的概念引入現(xiàn)代控制理論，然而關(guān)于魯棒性本身卻沒有給出確切的定義。制理論，然而關(guān)于魯棒性本身卻沒有給出確切的定義。目前現(xiàn)代控制理論中所涉及的各種魯棒性都具有其各自目前現(xiàn)代控制理論中所涉及的各

27、種魯棒性都具有其各自的含義。的含義。簡單地說，簡單地說，魯棒性魯棒性是是“抗擾動(dòng)的能力抗擾動(dòng)的能力”但若要確切、全面地刻劃其含義卻不是一件容易的事情。但若要確切、全面地刻劃其含義卻不是一件容易的事情。 2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song82從某種抽象的意義上來談魯棒性本身，而不局限于控制從某種抽象的意義上來談魯棒性本身，而不局限于控制系統(tǒng)的魯棒性。系統(tǒng)的魯棒性。首先，首先，魯棒性魯棒性是一種性質(zhì)，它應(yīng)該與某種事物相關(guān)聯(lián)。是一種性質(zhì)，它應(yīng)該與某種事物相關(guān)聯(lián)。如控制系統(tǒng)、矩陣等。因而我們通常所說的控制系統(tǒng)的如控制系統(tǒng)、矩陣等。因而我們通常所說的控制系統(tǒng)的

28、魯棒性即是與控制系統(tǒng)相關(guān)的某種意義下的抗擾能力魯棒性即是與控制系統(tǒng)相關(guān)的某種意義下的抗擾能力其次，魯棒性所言及的對(duì)象并不是事物本身，而是事物其次，魯棒性所言及的對(duì)象并不是事物本身，而是事物的某種性質(zhì)，如控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、矩陣的可逆性或正的某種性質(zhì)，如控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、矩陣的可逆性或正定性等等。定性等等。2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song83因而通常的因而通常的“控制系統(tǒng)的魯棒性控制系統(tǒng)的魯棒性”這種說法并不確切。這種說法并不確切。是一種很籠統(tǒng)的說法。如若確切地表述，則需指明是一種很籠統(tǒng)的說法。如若確切地表述，則需指明“某某事物的某種性質(zhì)事物的某種性質(zhì)

29、”的魯棒性，如控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性的魯?shù)聂敯粜?，如控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性的魯棒性，簡稱控制系統(tǒng)的棒性，簡稱控制系統(tǒng)的穩(wěn)定魯棒性穩(wěn)定魯棒性；控制系統(tǒng)的某種性；控制系統(tǒng)的某種性能的魯棒性，簡稱控制系統(tǒng)的能的魯棒性，簡稱控制系統(tǒng)的性能魯棒性性能魯棒性2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song84再次，既然魯棒性所表征的是再次，既然魯棒性所表征的是“抗干擾的能力抗干擾的能力”，則必，則必與所言事物的某種形式的與所言事物的某種形式的“擾動(dòng)擾動(dòng)”相關(guān)聯(lián)。如相關(guān)聯(lián)。如對(duì)于控制系統(tǒng)而言，某些參量的變化、外界干擾對(duì)于控制系統(tǒng)而言，某些參量的變化、外界干擾等都可視為擾動(dòng)；等都可視為擾動(dòng)；

30、對(duì)于矩陣而言，其元素的攝動(dòng)即是一種擾動(dòng)。對(duì)于矩陣而言，其元素的攝動(dòng)即是一種擾動(dòng)?！皵_動(dòng)擾動(dòng)”往往都有多種形式，某事物的某性質(zhì)針往往都有多種形式，某事物的某性質(zhì)針對(duì)事物不同形式的擾動(dòng)決定了該事物、該性質(zhì)的對(duì)事物不同形式的擾動(dòng)決定了該事物、該性質(zhì)的不同的魯棒性。不同的魯棒性。上面的上面的“事物事物”、“事物的某種性質(zhì)事物的某種性質(zhì)”和和“事物的某種事物的某種形式的擾動(dòng)形式的擾動(dòng)”是言及魯捧性所必須的三個(gè)方面，是言及魯捧性所必須的三個(gè)方面，缺一不缺一不可可。2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song85總體上說，總體上說，魯棒控制魯棒控制包含兩大部分內(nèi)容：包含兩大

31、部分內(nèi)容：l控制系統(tǒng)的魯棒性分析控制系統(tǒng)的魯棒性分析l魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song86 魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)可以較為籠統(tǒng)地概括如下：的任務(wù)可以較為籠統(tǒng)地概括如下： 給定一個(gè)受到某種擾動(dòng)的系統(tǒng)，求取系統(tǒng)的某種形式給定一個(gè)受到某種擾動(dòng)的系統(tǒng)，求取系統(tǒng)的某種形式的控制律，使得的控制律，使得 當(dāng)擾動(dòng)不存在時(shí)，在該控制律作用下的閉環(huán)系統(tǒng)具當(dāng)擾動(dòng)不存在時(shí)，在該控制律作用下的閉環(huán)系統(tǒng)具有某種希望的性能或要求；有某種希望的性能或要求； 當(dāng)擾動(dòng)存在時(shí)，在該控制律作用下，閉環(huán)系統(tǒng)還仍當(dāng)擾動(dòng)存在時(shí)，在該控制律作用下，

32、閉環(huán)系統(tǒng)還仍能完全保持或在一定程度上繼續(xù)保持所希望的性能和要求。能完全保持或在一定程度上繼續(xù)保持所希望的性能和要求。 魯捧控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)魯捧控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song87在上述提法中，涉及到下述幾方面因素：在上述提法中，涉及到下述幾方面因素： 作為研究對(duì)象的作為研究對(duì)象的受控系統(tǒng)受控系統(tǒng); ; 系統(tǒng)所受的系統(tǒng)所受的擾動(dòng)擾動(dòng)； 控制律形式控制律形式； 閉環(huán)系統(tǒng)的希望閉環(huán)系統(tǒng)的希望性能或要求性能或要求； “在一定程度上繼續(xù)保持在一定程度上繼續(xù)保持”系統(tǒng)性能系統(tǒng)性能 2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan S

33、ong88 在一個(gè)具體的魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題中，上述幾方面因素都要有在一個(gè)具體的魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題中，上述幾方面因素都要有具體的內(nèi)容或含義。具體的內(nèi)容或含義。 根據(jù)這些因素的內(nèi)容或含義的不同便決定了根據(jù)這些因素的內(nèi)容或含義的不同便決定了不同的魯棒控制系統(tǒng)不同的魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題設(shè)計(jì)問題：由于我們所研究的由于我們所研究的系統(tǒng)系統(tǒng)從性質(zhì)到描述形式都是多種多樣的，從性質(zhì)到描述形式都是多種多樣的，而且它們所受的而且它們所受的擾動(dòng)擾動(dòng)也可以具有各種特定形式，也可以具有各種特定形式，人們對(duì)于控制系統(tǒng)的人們對(duì)于控制系統(tǒng)的性能要求性能要求也可能是多方面的，也可能是多方面的，所以這些因素的不同組合便給出了眾

34、多的魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)所以這些因素的不同組合便給出了眾多的魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題。問題。 由此可見由此可見，試圖給出一個(gè)包羅萬象的魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題是不，試圖給出一個(gè)包羅萬象的魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題是不現(xiàn)實(shí)的?，F(xiàn)實(shí)的。2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song89 根據(jù)用于根據(jù)用于反饋的信號(hào)反饋的信號(hào)是采用系統(tǒng)狀態(tài)還是系統(tǒng)輸出是采用系統(tǒng)狀態(tài)還是系統(tǒng)輸出可將反饋控制分為：可將反饋控制分為：狀態(tài)反饋控制狀態(tài)反饋控制和和輸出反饋控制輸出反饋控制 狀態(tài)反饋控制狀態(tài)反饋控制4顯然狀態(tài)反饋控制實(shí)現(xiàn)起來比較容易顯然狀態(tài)反饋控制實(shí)現(xiàn)起來比較容易4但在實(shí)際工程應(yīng)用中，大多數(shù)系統(tǒng)的

35、狀態(tài)很難直接測(cè)量得到但在實(shí)際工程應(yīng)用中，大多數(shù)系統(tǒng)的狀態(tài)很難直接測(cè)量得到以實(shí)現(xiàn)反饋控制以實(shí)現(xiàn)反饋控制4盡管可以采用狀態(tài)觀測(cè)器等技術(shù)來達(dá)到系統(tǒng)狀態(tài)重構(gòu)的目的，盡管可以采用狀態(tài)觀測(cè)器等技術(shù)來達(dá)到系統(tǒng)狀態(tài)重構(gòu)的目的，但是總非盡如人意。但是總非盡如人意。 輸出反饋控制輸出反饋控制4輸出反饋控制雖然實(shí)現(xiàn)起來相對(duì)困難一些輸出反饋控制雖然實(shí)現(xiàn)起來相對(duì)困難一些4但是大多數(shù)系統(tǒng)的輸出可以直接測(cè)量得到，從而可以方便地但是大多數(shù)系統(tǒng)的輸出可以直接測(cè)量得到，從而可以方便地構(gòu)成反饋控制系統(tǒng)。構(gòu)成反饋控制系統(tǒng)。2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song90 魯棒控制系統(tǒng)的形式；魯棒控制

36、系統(tǒng)的形式；圖圖12.2.1. 不確定性的線性反饋關(guān)聯(lián)不確定性的線性反饋關(guān)聯(lián)魯魯 棒棒 控制器控制器2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song92 智能控制是從智能控制是從“仿人仿人”的概念出發(fā)的。一般認(rèn)為，其方的概念出發(fā)的。一般認(rèn)為，其方法包括專家控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和學(xué)習(xí)控制等方法包括專家控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和學(xué)習(xí)控制等方法。法。 2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song93 智能控制是一個(gè)新興的學(xué)科領(lǐng)域，它是控制理論發(fā)展的智能控制是一個(gè)新興的學(xué)科領(lǐng)域，它是控制理論發(fā)展的高級(jí)階段。它主要用來解決那些用

37、傳統(tǒng)方法難以解決的復(fù)高級(jí)階段。它主要用來解決那些用傳統(tǒng)方法難以解決的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題。雜系統(tǒng)的控制問題。 智能控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)某種控制任務(wù)的一種智能系統(tǒng)，它智能控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)某種控制任務(wù)的一種智能系統(tǒng)，它由智能控制器和對(duì)象組成，具備一定的智能行為。由智能控制器和對(duì)象組成，具備一定的智能行為。2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song94智能控制是自動(dòng)控制發(fā)展的第三個(gè)里程碑智能控制是自動(dòng)控制發(fā)展的第三個(gè)里程碑 復(fù)雜工程系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)和生物系統(tǒng)等需求復(fù)雜工程系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)和生物系統(tǒng)等需求 原有控制理論進(jìn)一步發(fā)展的需求原有控制理論進(jìn)一步發(fā)展的需求(1) 其他科學(xué)發(fā)

38、展的推動(dòng)其他科學(xué)發(fā)展的推動(dòng)2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song95智能控制發(fā)展的兩個(gè)方向智能控制發(fā)展的兩個(gè)方向1) 人機(jī)結(jié)合的智能控制人機(jī)結(jié)合的智能控制2) 智能自主控制智能自主控制2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song96l 專家系統(tǒng)是一種基于知識(shí)的系統(tǒng)，它主要面臨的是各種非專家系統(tǒng)是一種基于知識(shí)的系統(tǒng)，它主要面臨的是各種非結(jié)構(gòu)化問題。尤其是處理定性的、啟發(fā)式或不確定的知識(shí)結(jié)構(gòu)化問題。尤其是處理定性的、啟發(fā)式或不確定的知識(shí)信息，經(jīng)過各種推理過程達(dá)到系統(tǒng)任務(wù)目標(biāo)。信息，經(jīng)過各種推理過程達(dá)到系統(tǒng)任務(wù)目標(biāo)。l 專家系

39、統(tǒng)技術(shù)的特點(diǎn)為解決傳統(tǒng)控制理論的局限性提供了專家系統(tǒng)技術(shù)的特點(diǎn)為解決傳統(tǒng)控制理論的局限性提供了重要的啟示，二者的結(jié)合導(dǎo)致了一種新穎的專家控制系統(tǒng)。重要的啟示，二者的結(jié)合導(dǎo)致了一種新穎的專家控制系統(tǒng)。l 它是指將專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范和運(yùn)行機(jī)制與傳統(tǒng)控制理論它是指將專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范和運(yùn)行機(jī)制與傳統(tǒng)控制理論和技術(shù)相結(jié)合而成的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。和技術(shù)相結(jié)合而成的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。專家控制系統(tǒng)2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song972022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song982022年4月12日星期二

40、 Copyright by Zhihuan Song99 2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song100 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Neural NetworksNeural Networks）控制是一種基本上不依）控制是一種基本上不依賴于模型的控制方法，它比較適用于那些具有不確定性或賴于模型的控制方法，它比較適用于那些具有不確定性或高度非線性的控制對(duì)象，并具有較強(qiáng)的適應(yīng)和學(xué)習(xí)功能。高度非線性的控制對(duì)象，并具有較強(qiáng)的適應(yīng)和學(xué)習(xí)功能。因而它也屬于智能控制的范疇。因而它也屬于智能控制的范疇。 2022年4月12日星期二 Copyright by Zhihuan Song1011 iw2x3xmxnx1x2iw3iwimwinwiuiyisijijiitxwtudtdu)()()()(tuftyii20