混合控制系统理论及应用研究-工业自动化专业论文.docx

摘 摘 要 ／混合系统(Hs)是由连续变量动态系统和离散事件动态系统相互混合、相互 作角而形成的统一的动态系统。混合系统理论的产生与研究热潮既是生产实践 的需要，也是控制理论与计算机技术发展的历史必然，尤其是离散事件动态系 统理论更是对这一理论的产生与研究起到了直接的诱发和促进作用。基于不同 的学科背景和研究目的，各个领域所取得的研究成果将共同促进该理论的发展 和完善。 混合系统的研究开辟了一门全新的、诱人的交叉学科一混合控制系统(HCS) 理论，这一学科将数学、控制科学和计算机科学紧密地联系起来，并提出了一 系列崭新的、具有挑战性的问题。混合控制系统是一类高度非线性的复杂系统， 系统的状态变化表现为时间和事件的共同作用。系统所具有的混合的信息结构 使得所研究的内容和方法与传统的连续变量动态系统(CVDS)和离散事件动态 系统(DEDS)具有很大的不同。)本文从控制科学的角度，对于混合控制系统的 建模、分析与控制作了深入的研究。具体的内容和所取得的主要成果如下： (1)从控制理论和计算机技术两个方面详细地阐述了混合控制系统理论 产生的原因和发展过程，深入地分析了过程控制中的混合现象以及HCS与 CVDS、DEDS之间的区别与联系，全面、系统地概述了HCS理论的研究现 状，对现有的研究成果进行了分析与评述。脂出了理论研究与实际应用中所存 在的困难和一些亟待解决的问题；J (2)混合系统研究的离散化方法从纯逻辑或离散的角度考虑问题，将混 合系统化为一个有限自动机或离散事件动态系统，然后利用DEDS理论在离 散层次对其进行研究。／我们深入讨论了这一方法的思想以及离散化所造成的非 确定性问题，并利用这一方法，通过对现有模型的改进与拓展，对过程控制中 的混合系统提出了一种离散事件对象模型，并基于该模型讨论了两种监控器的 设计方法，同时对于连续状态空间分区进行了研究，给出了一种面向控制的直 观的分区方法，该分区对于传感器的数量优化而言是最优的，并证明了使用该 分区所得闭环子自动机的半确定性f1一 (3)针对混合系统的动态特征，提出了一种混合自动机模型，不同于已 有的模型，该模型充分考虑了系统自身的离散动态行为并将受塑整筮和控制器 明显分离开来。f文中给出了混合系统状态可控的定义，并基于混合自动机模型 明显分离开来。f文中给出了混合系统状态可控的定义，并基于混合自动机模型 给出了一种状态可控的分析算法以及充分必要条件。根据该条件给出了混合控 制器的设计方案。根据混合系统的离散和连续的反馈信息，混合控制器同时产 生离散和连续的两种控制决策。在这一控制器的作用下闭环系统是状态可控 的。同时对于存在环的闭环轨线的性质进行了研究并给出了相应的处理方案。1 (4) 深入剖析了混合最优控制问题与普通连续系统最优控制问题的区 别，对于混合系统最优控制问题的复杂性进行了充分的分析和论述。{基于混合 自动机模型给出了混合最优控制问题的精确描述，并根据目标函数的不同，分 两种情况分别提出了混合系统优化的几种不同的次优算法：递阶层次优化方法 和前后向寻优算法，从而为混合优化控制理论的实际应用提供了行之有效的方 案jy 。(5)稳定性问题是系统分析与设计的首要闯题。论文对于混合系统的稳 定性问题进行了深入的研究。l对于现有的稳定性结果作了归纳和总结，分析了 离散状态的切换对于系统稳定性的影响，并给出了混合系统稳定性判定的一些 新的研究结果，丰富和扩展了这一领域的研究。这些结果给出了在离散状态改 在工业生产以及过程控制中的应用作了初步的探讨。厂分别对于这两种过程建立 起混合自动机模型，讨论了混合控制器的设计方案，、并进行了仿真研究。作为 兰续竺型竺竺擎≥竺控篡望!机集璧懋令竽制丰富了过程控制的内容和策 略，拓宽了混合系统理论的应用领域：1。 伍后对全文进行了概括性总结，指出了理论 进 步研究的问 有、待|＼ 题，并对混合控制理论的发展前景进行了分析与 和展 应望 肚丁 塑垩銮主苎圭兰竺竺三 塑垩銮主苎圭兰竺竺三 ．． 一——坐 Hybrid systemso{S)containtwodistincttypesofsystems，continuousvariabledynaIllic syst锄(CVDS)and di∞砖把event dyi瑚liC system(DF—DS)，lb．at interact with each other． Thc o‘期瑚觥and the research enthu．．siasm ofbyrd system tI硷0ry雠bo*h the demand of 册Ictb盈1d the inevimble ol』#．come of她deveiopmcr吐ofcomptI嘧mclmologx嚣peciaIIy，