《先進控制策略及其在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用》課件

課程大綱控制策略的發(fā)展歷程傳統(tǒng)控制策略的局限性先進控制策略的特點控制策略的發(fā)展歷程119世紀末經(jīng)典控制理論220世紀40年代現(xiàn)代控制理論320世紀70年代智能控制理論420世紀80年代先進控制理論521世紀傳統(tǒng)控制策略的局限性適應(yīng)性差難以應(yīng)對復雜環(huán)境變化精度不足無法滿足高精度要求魯棒性差對噪聲和干擾敏感優(yōu)化能力弱先進控制策略的特點1適應(yīng)性強能夠適應(yīng)復雜的工業(yè)環(huán)境2精度高能夠滿足高精度的控制要求3魯棒性強對噪聲和干擾具有較強的抵抗力優(yōu)化能力強最優(yōu)控制理論目標函數(shù)定義系統(tǒng)性能指標約束條件限制系統(tǒng)狀態(tài)和控制變量最優(yōu)控制策略尋找最優(yōu)控制輸入應(yīng)用自動駕駛、過程控制等自適應(yīng)控制理論在線識別系統(tǒng)參數(shù)根據(jù)實時數(shù)據(jù)調(diào)整控制參數(shù)實時優(yōu)化控制策略不斷適應(yīng)環(huán)境變化提高系統(tǒng)魯棒性降低對系統(tǒng)參數(shù)精確度的依賴應(yīng)用飛行控制、機器人控制等模糊控制理論模糊化將語言描述轉(zhuǎn)化為模糊集1模糊推理利用模糊規(guī)則進行決策2反模糊化將模糊控制輸出轉(zhuǎn)化為實際控制信號3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論1神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型模擬人類大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2學習算法通過數(shù)據(jù)訓練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)3控制策略生成利用訓練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行控制4應(yīng)用機器人控制、過程控制等預測控制理論1預測模型預測系統(tǒng)未來狀態(tài)2優(yōu)化算法計算最優(yōu)控制序列3實時控制根據(jù)預測結(jié)果調(diào)整控制策略4應(yīng)用過程控制、機器人控制等魯棒控制理論對不確定性具有抵抗力能夠應(yīng)對系統(tǒng)參數(shù)變化和外部干擾保證系統(tǒng)穩(wěn)定性即使存在不確定性，也能確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行提高系統(tǒng)性能在不確定性條件下，也能保持良好的控制性能先進控制策略的應(yīng)用背景1自動化生產(chǎn)提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量2過程控制優(yōu)化生產(chǎn)過程，降低能耗3電力系統(tǒng)提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性4智能制造推動智能制造發(fā)展工業(yè)自動化生產(chǎn)線生產(chǎn)流程優(yōu)化提高生產(chǎn)效率，降低成本產(chǎn)品質(zhì)量控制確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，提高產(chǎn)品合格率生產(chǎn)過程安全保證生產(chǎn)過程安全，避免事故發(fā)生化工過程控制電力系統(tǒng)控制Q1Q2Q3機器人控制工業(yè)機器人提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本服務(wù)機器人提升生活質(zhì)量，提高服務(wù)效率航天航空控制1姿態(tài)控制控制飛行器姿態(tài)2軌道控制控制飛行器軌道3導航控制控制飛行器航向汽車電子控制發(fā)動機控制控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速和燃油噴射變速箱控制控制變速箱換擋轉(zhuǎn)向控制控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)制動控制控制制動系統(tǒng)車身穩(wěn)定控制提高車輛穩(wěn)定性先進控制策略在工業(yè)中的應(yīng)用舉例工業(yè)自動化生產(chǎn)線案例案例介紹某汽車生產(chǎn)線采用預測控制策略，實現(xiàn)生產(chǎn)流程優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率應(yīng)用效果生產(chǎn)效率提升15%，產(chǎn)品合格率提高5%化工過程控制案例原料配比1反應(yīng)溫度2產(chǎn)品純度3生產(chǎn)效率4能耗控制5電力系統(tǒng)控制案例參數(shù)傳統(tǒng)控制先進控制電壓穩(wěn)定性波動較大穩(wěn)定性明顯提高頻率穩(wěn)定性易受干擾抗干擾能力增強功率分配效率較低功率分配效率提升機器人控制案例目標規(guī)劃設(shè)定機器人動作目標路徑規(guī)劃規(guī)劃機器人運動路徑軌跡跟蹤控制機器人精確執(zhí)行軌跡任務(wù)執(zhí)行完成指定的任務(wù)航天航空控制案例1發(fā)射階段控制火箭姿態(tài)和軌道2飛行階段控制飛行器姿態(tài)和軌道3降落階段控制飛行器姿態(tài)和速度汽車電子控制案例1發(fā)動機控制提高燃油效率，降低排放2自動駕駛提高駕駛安全，提升駕駛體驗3車身穩(wěn)定控制提高車輛穩(wěn)定性，降低事故發(fā)生率先進控制策略應(yīng)用的優(yōu)勢提高系統(tǒng)穩(wěn)定性增強抗干擾能力有效抑制外部干擾，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行提高系統(tǒng)魯棒性即使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，也能保持穩(wěn)定性降低系統(tǒng)故障率提高系統(tǒng)可靠性和安全性增強控制精度精準控制目標實現(xiàn)精確的控制目標，提高產(chǎn)品質(zhì)量減少誤差降低控制誤差，提高系統(tǒng)效率提高產(chǎn)品質(zhì)量確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，提升客戶滿意度增強魯棒性抗噪聲干擾對噪聲和干擾具有較強的抵抗力抗參數(shù)變化對系統(tǒng)參數(shù)變化具有魯棒性提高系統(tǒng)穩(wěn)定性即使存在不確定性，也能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行提高系統(tǒng)自適應(yīng)性適應(yīng)環(huán)境變化能夠適應(yīng)復雜的工業(yè)環(huán)境，提高系統(tǒng)適應(yīng)性靈活性強能夠根據(jù)實際情況調(diào)整控制策略，提高靈活性優(yōu)化系統(tǒng)性能不斷優(yōu)化控制策略，提高系統(tǒng)性能降低能耗和排放123優(yōu)化生產(chǎn)過程提高能源利用效率，降低能耗減少排放降低污染排放，保護環(huán)境提高經(jīng)濟效益降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益提高生產(chǎn)效率1縮短生產(chǎn)周期提高生產(chǎn)效率，降低成本2提升產(chǎn)品質(zhì)量提高產(chǎn)品合格率，提升客戶滿意度3降低生產(chǎn)成本提高經(jīng)濟效益先進控制策略的發(fā)展趨勢智能控制技術(shù)1機器學習學習數(shù)據(jù)模式，優(yōu)化控制策略2深度學習構(gòu)建復雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，提高學習能力3強化學習通過試錯學習最優(yōu)控制策略基于大數(shù)據(jù)的預測控制基于深度學習的自適應(yīng)控制深度學習模型學習系統(tǒng)動態(tài)特性自適應(yīng)調(diào)整根據(jù)實時數(shù)據(jù)調(diào)整控制參數(shù)提高魯棒性增強對系統(tǒng)參數(shù)變化和外部干擾的抵抗力基于云計算的分布式控制1數(shù)據(jù)采集收集來自不同設(shè)備的數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)分析對數(shù)據(jù)進行分析，預測系統(tǒng)狀態(tài)3控制決策根據(jù)分析結(jié)果制定控制策略4控制執(zhí)行將控制策略傳送到設(shè)備基于物聯(lián)網(wǎng)的智能制造實時監(jiān)控實時監(jiān)控生產(chǎn)過程，及時發(fā)現(xiàn)問題數(shù)據(jù)分析分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)，優(yōu)化生產(chǎn)過程智能決策根據(jù)分析結(jié)果制定決策，提高生產(chǎn)效率課程總結(jié)先進控制策略的重要性提高生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本，提高利潤提升產(chǎn)品質(zhì)量滿足市場需求，提高客戶滿意度推動技術(shù)進步促進工業(yè)自動化和智能制造發(fā)展先進控制策略的發(fā)展歷程1經(jīng)典控制理論基礎(chǔ)理論2現(xiàn)代控制理論理論發(fā)展3智能控制理論智能控制4先進控制理論應(yīng)用實踐先進控制策略在工業(yè)中的應(yīng)用1自動化生產(chǎn)提高生產(chǎn)效率，降低成本2過程控制優(yōu)化生產(chǎn)過程，降低能耗3電力系統(tǒng)提高電力