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复杂系统及其软件控制平台 杨志1 李太福2 邵艳3 邓仁明1 (1．重庆大学自动化学院重庆400044；2．重庆工学院电子工程系重庆40卿； 3．北京w椰da㈣代表处北京1800眦) 摘叠针对钢铁企业中复杂系统控崩问题．研究了拉耐策略与工程控制算法．讨论丁控制信息平台优选原 则。工程实践结果说明．对复杂系统控制采用仿人智能控箭改进算法是可取的；工程实践经验表明好的控制信息平 台是对复杂系统实现优化控制的关键。 关■铘复杂系统智能控制软件控制平台 在钢铁行业中从烧结、炼铁、炼钢直至轧钢生产主线及其辅助生产线上有许多控制系统 都是复杂系统，这类系统的控制不是用简单的开关控制的组合及传统PⅢ控制所能胜任的。 其被控对象的行为特征表现极为复杂，很难用数学模型描述，带有很大的不确定性，而且多 为大惯性、大滞后对象，结构化程度低，是控制工程中的难点。复杂系统的控制表现出很强 的层次性。用的是广义控制概念，既包含了低层次的管理，即通常的控制(底层控制)用DDC 实现，也包含了高层次的控制(高层管理)，也就是说复杂系统的优化控制与运行的实现，实 质上是靠集管理与控制于一体的复杂集成系统加以保障的。本文结合作者的工程实践讨论 了底层控制的策略与工程控制算法，最后对软件控制信息平台选取提出了作者的建议。 1复杂系统底层控制策略 以轧钢加热炉控制为例，其本质是燃烧过程的优化控制。燃烧控制的核心问题是燃气 和空气的比例(即空燃比)，空气多燃气少能充分燃烧，但会造成有效热能的浪费，燃烧废气 把有效的热能随废气带走；空气不足燃气多了，燃气不能充分燃烧并随废气排放至大气，将 会造成严重的空气污染。炉中燃气一般是由高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气和天然气等组成 的混合气体，除天然气外，其他燃气的燃质是不稳定的，各种燃气一般按一定比例混合，显然 混合燃气的燃质仍然是不稳定的。由上述分析可见，空燃比是一个时变参数。加热炉本身 是一个大惯性、大滞后对象；进炉钢坯量也时有变化。不同钢坯量对温度要求不同；加热炉 的各加热段及均匀段一般有数对烧嘴，各加热段之间属强耦合，相互关联；再加上随机和人 为因素影响．要达到优化燃烧过程，在技术实现上有很大难度。甚至看似简单的调节阀这样 的部件，其动作过程可以用微分方程精确描述，但运行时间稍长，阀的参数就会发生变化，动 作变得呆滞，描述调节阎特性的微分方程便失去意义，致使整个系统无法正常运行。对象本 身的特性，如系统参数的未知性、时变性、随机性和分散性；系统时滞的未知性和时变性；系 统严重的非线性；系统各变量之间的关联性；环境干扰的未知性、多样性和随机性等，正是这 些特性决定了它是一个不确定性的复杂控制对象，难于建立精确的数学模型，经典控制方法 (脚)和基于状态空间描述的现代控制理论方法(如最优控制、自适应控制等)并不适用。对 基金项目：重庆市应用基础研究项目赍助(伽) 一17一 复杂系统底层控制一般采用智能控制策略，包括模糊逻辑策略、专家控制系统、神经网络控 制、仿人智能控制等及它们的恰当组合，其优点是无须建立严格的数学控制模型，控制器自 身的智能行为能够对付对象及其环境的各种变化。智能控制的着力点在于系统动态特性的 特征模型和控制器的知识模型。仿人智能控制巧妙地利用系统的动态特征模型，它抽取可 检测量系统误差e、系统误差变化率e及e的变化率e的组合判断系统运动特征，结合经典 控制理论中的控制模态基元，如比例模态、微分模态、积分模态、棒棒模态等，再辅以人的智 慧总结出的保持模态、峰值误差和控制模态等，即可组合成相应的工程控制算法。这种控制 策略是模仿人的控制经验和总结人的智能与智慧的结晶，并且有优良的解耦性能，对强关联 耦合的系统控制也是有效的。事实上，人们在对复杂多变量系统控制中按分解协调原理总 是尽可能地分解为低维的子系统实施控制，所以这种控制策略无论技术理论上，还是工程实 践上总是简单可行的，选用仿人智能控制策略不失为对复杂系统底层控制的优选策略。 2实用工程控制算法 控制的目的是期望系统的输出按预先给定的规律变化，只要偏离期望的输出值，即系统 一旦有系统误差就要施加控制。但引起系统误