過程控制中的混雜系統(tǒng)方法應(yīng)用

牛鋒

摘 要：隨著社會的發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)也正在逐漸的向著大型化及綜合化的方向發(fā)展，這種復(fù)雜化的生產(chǎn)過程，對過程控制系統(tǒng)的功能所提出的要求也正在日益增加?，F(xiàn)階段的控制系統(tǒng)中大多是以計算機技術(shù)為主，集底層控制、運營管理、加工調(diào)度及總體優(yōu)化為輔的一體化的控制與決策系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的組成通常會很復(fù)雜，因此，人們開始對混雜系統(tǒng)進行初步性研究。本文是從多方面對過程控制中的混雜系統(tǒng)展開研究。

關(guān)鍵詞：過程控制；混雜系統(tǒng)方法；連續(xù)變量；離散事件

在以往的生產(chǎn)過程中，大多會單獨的采用連續(xù)變量動態(tài)系統(tǒng)或離散事件系統(tǒng)，該方式通常會過于的保守，不能對復(fù)雜化的工業(yè)生產(chǎn)過程進行全面性的反映。此外，這兩種系統(tǒng)的動態(tài)描述過程是分別建立在不同的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上的，想要建立這兩種系統(tǒng)建立起有一定聯(lián)系的動力學(xué)模型的過程是非常困難的。經(jīng)過研究，混雜系統(tǒng)應(yīng)運而生，它是將連續(xù)變量與離散事件交互聯(lián)系，以計算機、數(shù)學(xué)理論及控制理論為基礎(chǔ)所產(chǎn)生并發(fā)展起來的一種現(xiàn)代化技術(shù)。

1.混雜系統(tǒng)的定義

通俗的理解，混雜系統(tǒng)是控制系統(tǒng)與離散事件系統(tǒng)的有機結(jié)合體?；祀s系統(tǒng)本身有許多的特點存在，其中一個便是其在演化的過程中更加的注重時間與事件的共同驅(qū)動作用。該系統(tǒng)自從被提出以后，便快速的發(fā)展成為過程控制及離散事件系統(tǒng)中研究及應(yīng)用的熱點，并且被生產(chǎn)行業(yè)公認為是生產(chǎn)過程中自動化的調(diào)度及機器人控制等過程中擁有重要的指導(dǎo)性意義?；祀s系統(tǒng)可以被看成是在常規(guī)性的控制系統(tǒng)中結(jié)合離散時間控制對該控制系統(tǒng)進行相關(guān)研究的有效途徑及方法。

2.混雜系統(tǒng)的建模

模型是對系統(tǒng)中所涉及的主要的特征變量及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)之間關(guān)系進行反映的一種方式?；祀s系統(tǒng)的建模構(gòu)成具有顯著的重要性，當(dāng)今的工業(yè)生產(chǎn)中的方法及理論應(yīng)用，通常都是在進行系統(tǒng)建模之后才廣泛的發(fā)展起來的。同時，模型的建立也是對系統(tǒng)進行分析以及進行控制器設(shè)計過程中的基礎(chǔ)性及關(guān)鍵性技術(shù)。混雜系統(tǒng)是一種復(fù)雜性的動態(tài)系統(tǒng)，對于該系統(tǒng)來說，準確性及實用性的模型的建立過程是問題的關(guān)鍵所在。雖然這樣，混雜系統(tǒng)憑借其豐富的發(fā)展背景已經(jīng)發(fā)展成為具有最對研究成果的領(lǐng)域之一。此外，混雜系統(tǒng)的研究過程中所存在的問題是錯綜復(fù)雜的，當(dāng)今社會還沒有針對其建立起一種統(tǒng)一性的建模方式，現(xiàn)存的混雜系統(tǒng)大多會因為不同的背景文化，而帶有特定性的領(lǐng)域特征。

國外的學(xué)者針對混雜模型的建立提出許多良好的理論性框架，并且隨之產(chǎn)生許多具有代表性的模型建立的方法。布拉尼刺基依據(jù)引起混雜系統(tǒng)產(chǎn)生變化的原因是外部的還是內(nèi)部原因的進行分類，將混雜系統(tǒng)分為自治的與可控的兩種；又依據(jù)系統(tǒng)變化的方式是對系統(tǒng)向量場的不斷變化還是狀態(tài)向量的變化的忽然改變將其分為跳躍性的及切換性的。又將混雜系統(tǒng)中的離散動態(tài)分為自治切換、自治跳躍、受控切換及受控跳躍四類。從而建立起一個統(tǒng)一性的復(fù)雜性系統(tǒng)模型。

3.混雜系統(tǒng)的分析

通常情況下，會針對混雜系統(tǒng)的穩(wěn)定性、能控性、能觀性、可達性、安全性及復(fù)雜性等展開分析過程。通常情況下對混雜系統(tǒng)的可控性及穩(wěn)定性進行分析是非確定性多項式困難問題的，此外，由于對混雜系統(tǒng)復(fù)雜化的結(jié)構(gòu)狀態(tài)及研究工作進行的時間是非常短暫的，因此，對其性能的分析過程是較為困難的。

3.1穩(wěn)定性的分析

對于混雜系統(tǒng)的穩(wěn)定性展開分析時，通常是以李亞普諾夫穩(wěn)定性理論為基礎(chǔ)進行的。而在該過程中，對于李亞普諾夫函數(shù)的尋找過程是相對困難的，而該尋找過程又是不可或缺的。因此，該方式并不能提供一種簡單、易操作的方式來進行穩(wěn)定切換系統(tǒng)的設(shè)計。此外，邁特拉在此基礎(chǔ)上提出的線性切換系統(tǒng)在確定及不確定兩種不同情況下都能夠?qū)嵱?、簡單的穩(wěn)定性理論。

3.2能控性及能觀性的分析

隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，混雜系統(tǒng)的能控性及能觀性逐漸的引起人們的廣泛性關(guān)注。對于穩(wěn)定性及能控性進行的過程中，其復(fù)雜性通常會涉及到以下兩個方面：不確定性及計算機難處理的。此外，也有不少人提出運用系統(tǒng)性矩陣是導(dǎo)出線性切換系統(tǒng)能控性的一個充分必要性條件。

3.3形式驗證的分析

混雜系統(tǒng)中的形式驗證大多是依靠計算機理論發(fā)展起來的，它能針對算法能否進行特定性質(zhì)的數(shù)學(xué)證明進行驗證。它的出現(xiàn)，激發(fā)起了控制界的革新，并且也針對特定性的控制實例提出了相應(yīng)性的驗證方式。

4.混雜系統(tǒng)的應(yīng)用

從理論方面對混雜系統(tǒng)進行相關(guān)性的分析，其已經(jīng)能夠?qū)祀s系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及規(guī)律進行較為全面性的解釋。從應(yīng)用方面來看，以混雜系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)的復(fù)雜工程是進行混雜系統(tǒng)研究過程中的最終目的。從現(xiàn)實的工程背景方面來看，相關(guān)方面的理論仍舊需要進一步的進行發(fā)展及完善，并在該基礎(chǔ)上研究及開發(fā)一些擁有實際的應(yīng)用意義的工具。當(dāng)今社會，大多數(shù)科學(xué)家是從混雜系統(tǒng)的理論及其所應(yīng)用領(lǐng)域這兩方面來著手進行研究

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，對混雜系統(tǒng)所進行的研究過程較為明顯的落后于其理論的研究過程，并且成功的工程案例數(shù)目也相對較少。雖然這樣，混雜系統(tǒng)已在多個領(lǐng)域進行應(yīng)用，并且取得了較好的效果。例如：自動高速公路系統(tǒng)、空中交通的管理系統(tǒng)、機器人系統(tǒng)、制造系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)以及電力系統(tǒng)等。在智能公路系統(tǒng)中，通過把大量的過往車輛當(dāng)成連續(xù)變化的車流，依據(jù)車流速度對道路交通這個離散控制系統(tǒng)進行調(diào)度。

5.總結(jié)

混雜系統(tǒng)屬于一種復(fù)雜性的動態(tài)系統(tǒng)。混雜系統(tǒng)作為過程系統(tǒng)的設(shè)計性方法，其基本性質(zhì)便是將事件控制與連續(xù)控制進行有效的互補，正是因為這一點，混雜系統(tǒng)的控制方式及結(jié)構(gòu)才會在應(yīng)用中發(fā)揮重要性的作用。對于工業(yè)生產(chǎn)中的過程控制中的混雜系統(tǒng)的研究及應(yīng)用方面還不夠成熟，因此，在今后我們?nèi)耘f會面臨著許多的挑戰(zhàn)與機遇。

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