自动化前沿技术培训讲义(PPT 35张)

自适应控制
在日常生活中，所谓自适应是指生物能改变自己的习性以适应 新的环境的一种特征。因此，直观地讲，自适应控制器应当是这样 一种控制器，它能修正自己的特性以适应对象和扰动的动态特性的 变化。 自适应控制的研究对象是具有一定程度不确定性的系统，这里 所谓的“不确定性”是指描述被控对象及其环境的数学模型不是完 全确定的，其中包含一些未知因素和随机因素。 任何一个实际系统都具有不同程度的不确定性，这些不确定性 有时表现在系统内部，有时表现在系统的外部。从系统内部来讲， 描述被控对象的数学模型的结构和参数，设计者事先并不一定能准 确知道。作为外部环境对系统的影响，可以等效地用许多扰动来表 示。这些扰动通常是不可预测的。此外，还有一些测量时产生的不 确定因素进入系统。面对这些客观存在的各式各样的不确定性，如 何设计适当的控制作用，使得某一指定的性能指标达到并保持最优 或者近似最优，这就是自适应控制所要研究解决的问题。
自动化在炮火中发展
自动化技术从产生到现在，它的发展始终没有离开武器装备 的需要。 在第二次世界大战中，同盟国军队的主要作战武器是火炮。 当时的火炮威力大、射程远，但是命中精度比较差。如果没有二 战这个巨大的实验场，自动化技术也不会有如此大的发展。可以 这样说“军事装备是自动化之父，二战是自动化诞生的产房”。 如果说军事设备是自动化之父，那么工业生产就是自动化之 母。自动化生产是人们梦寐以求的事情。 福特发明的汽车生产线是最成功的早期生产线，1913年福特 创建了由专用机床组成的“运动中的组装线”在这种生产线上， 要组装的部件由传送带运到一个个工人面前，每一个工人只完成 一种操作。 自动化技术为生产力的发展起了巨大作用，实现了人们摆脱 繁重的劳动的愿望。同时自动化技术也在应用中得到不断发展和 完善。
自动化原理
下面我们以一个简单的例子，来说明自动化的原理。
自动化设备和机器的关键就在于反馈的存在，正是有了他的存 在，才使自动化成为可能。反馈就是自动化的奥妙所在。所以 自动控自原理也叫反馈控制原理。 一个自动化系统无论结构多么复杂都是由下面几部分组成： 第一，检测比较装置。 第二，控制器。 第三，执行机构。 第四，控制量。
最优控制
最优控制问题研究的主要内容是：怎样选择控制规律才能使控 制系统的性能和品质在某种意义下为最优，求解最优控制问题的方 法，目前主要的就是上述的两种方法，另外可能还会用到一些数值 解法。用这些方法已经成功的解决了许多动态控制问题，如最小时 间控制，最少燃料控制和最佳调节器等。最优控制已经在航天，航 海，导弹，电力系统，控制装置，生产设备和生产过程中得到了比 较成功的应用，而且在经济系统和社会系统中也得到了广泛的应用。 最优控制问题有四个关键点：（1）受控对象为动态系统。（2 ）初始与终端条件（时间和状态）。（3）性能指标。（4）容许控 制。而最优控制问题的实质就是要找出容许的控制作用或控制规律 ，使动态系统（受控对象）从初始状态转移到某种要求的终端状态 ，并且保证某种要求的性能指标达到最小值或者是最大值。 时至今日，最优控制理论的研究，无论在深度或是广度上，都 有了较大的进展。然而，随着人们对客观世界认识的不断深化，又 提出了一系列有待解决的新问题。可以毫不夸张地说，最优控制理 论依旧是极其活跃的科学领域之一。
模糊控制
模糊控制是以模糊集合理论为基础的一种新兴的控制手段，它 是模糊系统理论和模糊技术与自动控制技术相结合的产物。自从这 门科学诞生以来，它产生了许多探索性甚至是突破性的研究与应用 成果，同时，这一方法也逐步成为了人们思考问题的重要方法论。 1965年美国的控制论专家L. A. Zadeh教授创立了模糊集合论， 从而为描述，研究和处理模糊性现象提供了一种新的工具。一种利 用模糊集合的理论来建立系统模型，设计控制器的新型方法——模 糊控制也随之问世了。模糊控制的核心就是利用模糊集合理论，把 人的控制策略的自然语言转化为计算机能够接受的算法语言所描述 的控制算法，这种方法不仅能实现控制，而且能模拟人的思维方式 对一些无法构造数学模型的被控对象进行有效的控制。 模糊控制作为智能领域中最具有实际意义的一种控制方法，已 经在工业控制领域，家用电器自动化领域和其他很多行业中解决了 传统控制方法无法或者是难以解决的问题，取得了令人瞩目的成效 。
控制器——系统的大脑 传感器——系统的耳目 执行器——系统的手脚 受控对象——温柔的羔羊 稳定性——不可或缺 鲁棒性——健康的系统 极点——控制系统的精灵
自动化的前沿技术
模糊控制——其实我很清楚 最优控制---“没有更好只有最好” 自适应控制——以变制变 鲁棒控制——以静制动 线性控制理论纵横 非线性控制理论的发展 PID控制——简而优秀 预测控制——未卜先知 故障诊断——神医妙手 人工智能——智慧之巅 专家系统——身边的专家 推理控制——经验的作用 集散控制系统（DCS）
鲁棒控制
鲁棒控制（Robust Control）方面的研究始于20世纪50年代。 在过去的50年中，鲁棒控制一直是国际自控界的研究热点。所谓 “鲁棒性”，是指控制系统在一定（结构，大小）的参数摄动下， 维持某些性能的特性。根据对性能的不同定义，可分为稳定鲁棒 性和性能鲁棒性。以闭环系统的鲁棒性作为目标设计得到的固定 控制器称为鲁棒控制器。 鲁棒控制方法，是对时间域或频率域来说，一般要假设过程 动态特性的信息和它的变化范围。一些算法不需要精确的过程模 型，但需要一些离线辨识。 一般鲁棒控制系统的设计是以一些最差的情况为基础，因此Байду номын сангаас一般系统并不工作在最优状态。常用的设计方法有：INA方法， 同时 镇定，完整性控制器设计，鲁棒控制， 鲁棒PID控制以及 鲁棒极点配置，鲁棒观测器等。 鲁棒控制方法适用于稳定性和可靠性作为首要目标的应用， 同时过程的动态特性已知且不确定因素的变化范围可以预估。飞 机和空间飞行器的控制是这类系统的例子。
自动化前沿技术
1、自动化技术的概述
(1)自动化技术诞生 (2)自动化技术发展 (3)自动化技术原理
2、自动化前沿技术
(1)自动化技术的江湖门派 (2)自动化技术的十八般武艺
3、自动化技术的应用
工业、军事、日常生活
自动化的诞生
人类自开始进行劳动以来，就一直梦想着制造出能够无 需人的参与就可以自己完成任务的劳动工具。 从刀耕火种的年代起，人们就梦想着省时省力地生产出更 多的东西，来满足人们生活的需要。人们在几千年的生产过程 中，发明了很多节省力气的工具，如在河流上建造的水车。可 以通过水的冲击带动轮子转动，实现灌溉、淘米等工作。 工业革命的到来(1788年)，为自动化的发展带来了巨大 的动力。此后的一百多年中，人们一直在探索，特别是，经过 从1934年到1947年的十几年研究(二战期间),最终提出了自动化 的理论基础著作——控制论。标志着自动化技术的正式诞生。 从诞生到现在，自动化技术在各个领域大显身手，飞机 导航、交通运输、导弹控制中到处都是自动化技术的应用。