針對外部環(huán)境變化的調(diào)度、跟蹤及相關(guān)控制問題初探.pdf

1、工業(yè)過程控制的目標(biāo)是確保被控輸出以一定精度跟蹤預(yù)設(shè)操作狀態(tài)，這種“操作狀態(tài)”就是通常所說的“設(shè)定點”概念。如化工過程中的連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器(CSTR)系統(tǒng)，控制目標(biāo)是使得CSTR中的混合原料達到一個要求的溫度和濃度（可根據(jù)原料特性的不同，由人工改變），以合成合格的化工產(chǎn)品。以往一般的設(shè)定點控制研究假定設(shè)定點（參考信號）事先已知，很少關(guān)注設(shè)定點的設(shè)置問題。為了能夠在未來的工作中去除這個假設(shè)，本文研究針對外部環(huán)境變化的調(diào)度、跟蹤及相關(guān)控制問

2、題，是對依據(jù)工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的動態(tài)變化規(guī)劃被控對象運行軌跡問題的初步探索。本文的主要內(nèi)容包括以下三個方面:
　　1.)根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境變化規(guī)劃被控對象的運行軌跡，離不開應(yīng)對外部環(huán)境變化的調(diào)度研究。
　　(1)在現(xiàn)實世界的工廠中，經(jīng)常要檢測并處理一些可能對生產(chǎn)過程或產(chǎn)品質(zhì)量造成風(fēng)險的外部環(huán)境變化，第二章提出一個新的重調(diào)度/調(diào)度框架處理外部環(huán)境風(fēng)險?，F(xiàn)存的調(diào)度研究中，重調(diào)度分析因子一般是資源和工作相關(guān)的，很少涉及外部環(huán)境變化，該章擴展了

3、重調(diào)度環(huán)境包含元素境況，其專門用來描述外部環(huán)境。引入適合度概念判斷是否需要為應(yīng)對外部環(huán)境變化啟動重調(diào)度。然后，將上訴框架應(yīng)用于實木家具廠機加工車間的調(diào)度問題，并為之設(shè)計了一個適合度計算方法。最后，實驗結(jié)果顯示了重調(diào)度框架的有效性，并說明了在生產(chǎn)調(diào)度中考慮外部環(huán)境的重要性。
　　(2)第三章研究一家實木家具廠的機加工車間的調(diào)度問題。眾所周知，“惡劣”天氣經(jīng)常導(dǎo)致木制品質(zhì)量問題的發(fā)生。該章提出了一個新的分派規(guī)則來安排車間生產(chǎn)以減少“惡

4、劣”天氣對木制品質(zhì)量的影響。首先，引入兩個指標(biāo)——風(fēng)險持續(xù)時間和風(fēng)險大小來描述工作要面對的天氣狀況。基于這兩個指標(biāo)，使用模糊決策方法計算工作適合度，它反映在未來天氣狀況下適合執(zhí)行某工作的程度。將工作適合度與Rachamadugu&Morton(R&M)分派規(guī)則結(jié)合起來形成分派規(guī)則。然后，構(gòu)建匹配度度量來評估天氣環(huán)境與木制品的含水率要求的匹配程度，匹配度越大，質(zhì)量問題發(fā)生的風(fēng)險越小。最后，在仿真試驗中將方法與R&M分派規(guī)則進行對比，可看到

5、新分派規(guī)則能在保證低加權(quán)滯后時間的同時大大增加匹配度值。
　　(3)第四章仍研究家具廠機加工車間的工作排序問題?；谏弦徽碌难芯拷Y(jié)果，注意到不同工作對天氣敏感度不同，進一步改進了分派規(guī)則，主要目標(biāo)依然是為了減小因“惡劣”天氣導(dǎo)致質(zhì)量問題發(fā)生的可能性。除了風(fēng)險持續(xù)時間和風(fēng)險大小兩個涉及天氣狀況的指標(biāo)外，又引入一個新指標(biāo)——工作敏感度來描述每個工作。基于這三個指標(biāo)，使用模糊決策方法計算工作適合度，并且構(gòu)建了一個適合度調(diào)節(jié)因子來調(diào)整適合

6、度的大小，將調(diào)整過的適合度與傳統(tǒng)啟發(fā)式方法結(jié)合起來形成改進的分派規(guī)則。然后，設(shè)計了一個能反映工作敏感度的度量標(biāo)準(zhǔn)——濕度懲罰，評估分派規(guī)則的有效性。最后，實驗結(jié)果表明，新分派規(guī)則能在保持低的加權(quán)流水時間/滯后時間的同時，大大減少質(zhì)量問題發(fā)生的風(fēng)險。
　　2.)由于外部環(huán)境變化，控制對象的某些性質(zhì)發(fā)生變化，導(dǎo)致控制性能受限，被控輸出可能達不到預(yù)設(shè)的參考值。亟待解決的問題是確定在變化后的環(huán)境中被控對象能達到哪些參考值，第五章初步探討了

7、這個問題，運用模糊控制方法研究一類非線性離散時間系統(tǒng)的輸出跟蹤問題。首先，使用扇區(qū)非線性方法將非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為Takagi-Sugeno(T-S)模型，并建立了時滯模糊觀測器估計狀態(tài)變量和前件變量。在可根據(jù)參考輸入得到目標(biāo)狀態(tài)的條件下，將輸出跟蹤問題轉(zhuǎn)化為跟蹤誤差系統(tǒng)的鎮(zhèn)定問題，結(jié)果，能使用解決鎮(zhèn)定問題的方法實現(xiàn)輸出跟蹤。然后，引入一個新的時滯模糊Lyapunov函數(shù)，可以獨立設(shè)計控制器增益和觀測器增益。最后，提供一個實際例子，質(zhì)量——

8、彈簧——阻尼機械系統(tǒng)，和一個數(shù)值例子，顯示了我們方法的有效性和優(yōu)越性。
　　3.)事實上，若把外部環(huán)境變化直接寫入控制過程的微分方程模型中，隨著外部環(huán)境的變化，不同階段的控制模型可視為切換控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)。所以，考慮切換系統(tǒng)的穩(wěn)定性和鎮(zhèn)定問題對于我們的研究是非常重要的。第六章研究離散時間非線性和線性切換系統(tǒng)的穩(wěn)定性和鎮(zhèn)定問題。為了更好地描述切換信號，我們引入一個新概念——前向平均駐留時間。結(jié)合使用多步(multiple-sampl