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( 引言(Introduction) 在经典控制理论和现代控制理论时代, 对一些难以用一般的物理和化学方面的规律来描述的, 影响因素很多, 而且相互之间又有交叉耦合的系统,其模型的建立十分复杂;

还有一些生产过程缺乏适当的测试手段,或者测试装置不能进入被测试区域,致使无法建立系统的模型,在这种情况下,难以使用上述两种理论进行控制.

与之形成鲜明对比的是,在某些实际生产过程中,有经验的工作人员进行手动控制却可以产生理想的效果.在上述背景下,重新考虑人在控制过程中的思维特点,并让计算机模拟人的思维方式[1][2],是设计新型控制器的一条较好的途径. 为了克服理论与实际应用之间的上述不协调,20世纪70年代以来,人们开始突破传统思想的约束,试图面向实际工业过程的特点,研究各种对模型要求低、在线计算简单方便、实时性好、控制效果佳的控制新算法,同时计算机技术的飞速发展也为新的控制策略提供了良好的运行平台.预测控制就是在这种情况下发展起来的一类新型算法[3][4].然而,预测控制需要比较精确的预测模型,在模型失配时预测控制的性能下降较快.为了解决这个问题,从预测控制算法入手,提出了受控自回归积分滑动平均模型、广义预测控制极点配置控制等模型.从智能控制入手,提出了模糊预测控制、神经网络预测控制、自适应预测控制、遗传算法预测控制、支持向量机预测控制、专家系统预测控制等[5][6].然而,多数人工智能算法物理概念不够明确,数学计算复杂,限制了它们的进一步应用. 基于泛布尔代数的多值逻辑控制器是张南纶先生提出的一种智能控制器[7][8].其特点是无需对象的具体模型,整定参数简单.没有PID控制器各个参数的互相影响问题,也不存在模糊控制输出结果难以直观理解的问题,是一种模拟人类控制行为的控制器.文献[9]对其性能进行了多方面测试,认为其优于模糊控制和PID控制.然而,逻辑控制器具有不可避免的弱点:波动问题. 受人在控制中的思维特点启发,本文结合逻辑控制器和预测控制器的优点,提出仿人逻辑预测控制器.其特点是完整模拟了有经验师傅的控制行为,克服了逻辑控制器的波动问题,增强了在模型失配情况下系统的整体性能,提高了其鲁棒性.Matlab仿真证明了这一点. 人的思维在控制中的特点(Characteristics Of Human Thoughts In Control System) 仔细观察烧锅炉师傅的控制锅炉水温的行为可以发现,其控制行为至少有三个特点: 主动开环系统;

强时变系统;

对系统的特性有一定经验;

首先,烧锅炉的师傅使用的是主动开环控制.其特点是:如果水温在合理范围内,就不用控制,这是一个开环过程.如果水温低于一定的值,需要多加煤.这时,主动控制的作用体现了,其实师傅是观察水温下降到一定程度后才开始干预开环过程,此干预过程体现出某些闭环特性,称之为半闭环或主动开环控制.这和计算机PID控制中时刻计算误差并不断控制是不同的.其次,水温低于一定值之后, 加煤是一种强时变控制,其实质是控制作用在某个时刻忽然变化.从能量的角度看,对系统的控制就是调节能量的过程,时变的方法调节控制相当于直接对输入能量进行控制.已经证明,时间最优控制必为邦邦控制,即以开关方式直接控制输入,师傅的强时变控制在此体现.第三,从有经验的师傅和没有经验师傅的控制结果比较来看,其共同点在于:由于强时变切换控制,都能使水温控制在一定范围内.其不同点在于:有经验的师傅能使水温的波动尽量小,而没经验的师傅控制的水温则在误差运行范围内上下波动.造成这种差别的原因在于:有经验的师傅对系统的特性(如滞后)有一定了解,控制时利用了系统的特性.基于上述分析,研究仿人控制器的方法之一是:系统本身是开环的时变控制,但是在必要的时候加入强制约束,即闭环反馈校正,并适当引入被控对象的参考模型. 基于泛布尔代数的多值逻辑控制(Multi- Logical Controller Based On Pan-Boolean Algebra) 逻辑控制早已广泛应用于工程和科学的各个领域,其理论基础是布尔代数.但是,布尔代数的变量和变量的状态均为二,因而限制了其应用范围.张南纶先生将布尔代数的概念加以推广,令系统中每个因素可以拥有多个状态变量,而每个状态变量则由