Controller er kernekomponenten i automatiseringskontrolsystemet, ansvarlig for at modtage sensorsignaler, behandle data, udstede kontrolinstruktioner for at opnå præcis kontrol af det kontrollerede objekt. Controllerkontrolmetoder er varierede, og forskellige kontrolmetoder er velegnede til forskellige kontrolscenarier og behov. I dette papir vil vi i detaljer introducere flere kontrolmetoder, der ofte bruges af controllere, herunder PID-kontrol, fuzzy-kontrol, adaptiv kontrol, forudsigelig kontrol, neural netværkskontrol og intelligent kontrol.
1. PID kontrol
PID-kontrol (Proportional-Integral-Afledt kontrol) er en klassisk kontrolmetode, der er meget udbredt i industriel produktion, rumfart, transport osv. PID-controlleren styrer det kontrollerede objekt gennem de tre links af Proportional (P), Integral (I) og Derivativ (D).
1.1 Proportional kontrol
Proportional kontrol er grundlaget for PID-styring, kontrolloven er: u (t)=Kp * e (t), hvor u (t) for kontrolmængden, Kp for proportionalitetskoefficienten, e (t) for afvigelsen. Hovedfunktionen af proportional kontrol er at reducere afvigelsen og forbedre systemets reaktionshastighed.
1.2 Integral kontrol
Funktionen af integreret kontrol er at eliminere den statiske forskel i systemet og forbedre systemets stabilitet. Kontrolloven er: u(t)=u(t-1) + Ki * ∫e(t)dt, hvor Ki er integralkoefficienten.
1.3 Differentialstyring
Hovedfunktionen af differentiel kontrol er at undertrykke systemets oscillation og forbedre systemets anti-interferensevne. Dens kontrollov er: u(t)=u(t-1) - Kd * de(t)/dt, hvor Kd er differentialkoefficienten.
1.4 Karakteristika for PID-styring
PID-styring har fordelene ved simpel struktur, nem justering af parametre, tilpasningsevne og så videre, men samtidig er der nogle begrænsninger, såsom dårlig styring af ikke-lineære og tids-varierende systemer og højere krav til justering af parametre.
2. Fuzzy kontrol
Fuzzy control er en type kontrol baseret på fuzzy logik, som er velegnet til at håndtere usikkerhed og tvetydighed. Fuzzy-controlleren realiserer styringen af det kontrollerede objekt gennem tre dele: fuzzy-regelbase, fuzzy-inferensmaskine og defuzzifier.
2.1 Fuzzy Rule Base
Fuzzy-regelbasen er kernen i fuzzy-controlleren, som indeholder en række fuzzy-regler til beskrivelse af forholdet mellem inputvariable og outputvariable. En fuzzy-regel har formen IF inputvariabel IS fuzzy set, derefter outputvariabel IS fuzzy set.
2.2 Fuzzy Inference Machine
Fuzzy-inferensmaskinen ræsonnerer om inputvariablerne i henhold til reglerne i fuzzy-regelbasen for at få fuzzy-værdierne af outputvariablerne. Processen med fuzzy inferens omfatter fire trin: fuzzification, regelmatching, regelfusion og defuzzification.
2.3 Defuzzifier
Defuzzifierens rolle er at konvertere de uklare værdier opnået fra uklar ræsonnement til faktiske kontrolmængder. De almindeligt anvendte defuzzification-metoder omfatter maksimal tilknytningsmetode, vægtet gennemsnitsmetode osv.
2.4 Karakteristika for fuzzy kontrol
Fuzzy control har evnen til at håndtere usikkerhed og fuzzy problemer, med lave krav til parameterjustering og høj tilpasningsevne. Fuzzy-kontrol har dog også nogle begrænsninger, såsom opbygningen af regelgrundlaget kræver meget erfaring og viden, og kontrolnøjagtigheden påvirkes af opdelingen af fuzzy-sættet og inferensmetoden.
3. Adaptiv kontrol
Adaptiv kontrol er en slags kontrolmetode, der automatisk kan justere kontrolparametrene i overensstemmelse med det kontrollerede objekts karakteristika og miljøændringer. Adaptiv controller omfatter normalt tre dele: modelidentifikation, parameterestimering og kontrollovdesign.
3.1 Modelgenkendelse
Modelidentifikation er grundlaget for adaptiv kontrol, gennem input- og outputdata for at etablere den matematiske model af det kontrollerede objekt, for at give et grundlag for parameterestimering og kontrollovdesign.
3.2 Parametervurdering
Parameterestimering er at estimere parametrene for det kontrollerede objekt online i henhold til informationen opnået fra modelidentifikation, som giver realtidsparameterinformation til design af kontrollovgivningen.
3.3 Kontrollovs udformning
Kontrollovdesignet er at designe kontrolloven tilpasset det kontrollerede objekts karakteristika og miljøændringer i henhold til resultaterne af modelidentifikation og parameterestimering, for at realisere den præcise kontrol af det kontrollerede objekt.
3.4 Karakteristika ved adaptiv kontrol
Adaptiv kontrol har evnen til at tilpasse sig karakteristikaene af det kontrollerede objekt og miljøændringer og kan realisere styringen af ikke-lineære og tidsvarierende-systemer. Adaptiv kontrol har dog også nogle begrænsninger, såsom nøjagtigheden af modelidentifikation og parameterestimering påvirker kontroleffekten, og udformningen af kontrollovgivningen er kompliceret.
4. Prædiktiv kontrol
Prædiktiv kontrol er en kontrolmetode baseret på fremtidig forudsigelsesinformation, som realiserer den optimale kontrol af det kontrollerede objekt ved at forudsige det kontrollerede objekts fremtidige adfærd.
4.1 Prædiktiv model
Prædiktiv model er grundlaget for prædiktiv kontrol, der bruges til at beskrive det kontrollerede objekts dynamiske adfærd. Almindeligt brugte forudsigelsesmodeller er ARX-model, BJ-model og så videre.
4.2 Forudsigelsesalgoritme
Forudsigelsesalgoritmen forudsiger den fremtidige adfærd for det kontrollerede objekt i henhold til forudsigelsesmodellen og den aktuelle input- og outputinformation. Almindeligt anvendte forudsigelsesalgoritmer inkluderer rekursive mindste kvadrater, Kalman-filter osv.
4.3 Optimeringskontrol
Optimal kontrol er baseret på forudsigelsesresultaterne, gennem optimeringsalgoritmen til at løse den optimale kontrollov, for at opnå optimal kontrol af det kontrollerede objekt. Almindelig anvendte optimeringsalgoritmer er lineær programmering, kvadratisk programmering og så videre.