過程控制中的混雜系統方法應用

牛鋒

摘 要：隨著社會的發展，工業領域的生產也正在逐漸的向著大型化及綜合化的方向發展，這種復雜化的生產過程，對過程控制系統的功能所提出的要求也正在日益增加。現階段的控制系統中大多是以計算機技術為主，集底層控制、運營管理、加工調度及總體優化為輔的一體化的控制與決策系統。這些系統的組成通常會很復雜，因此，人們開始對混雜系統進行初步性研究。本文是從多方面對過程控制中的混雜系統展開研究。

關鍵詞：過程控制；混雜系統方法；連續變量；離散事件

在以往的生產過程中，大多會單獨的采用連續變量動態系統或離散事件系統，該方式通常會過于的保守，不能對復雜化的工業生產過程進行全面性的反映。此外，這兩種系統的動態描述過程是分別建立在不同的數學基礎上的，想要建立這兩種系統建立起有一定聯系的動力學模型的過程是非常困難的。經過研究，混雜系統應運而生，它是將連續變量與離散事件交互聯系，以計算機、數學理論及控制理論為基礎所產生并發展起來的一種現代化技術。

1.混雜系統的定義

通俗的理解，混雜系統是控制系統與離散事件系統的有機結合體。混雜系統本身有許多的特點存在，其中一個便是其在演化的過程中更加的注重時間與事件的共同驅動作用。該系統自從被提出以后，便快速的發展成為過程控制及離散事件系統中研究及應用的熱點，并且被生產行業公認為是生產過程中自動化的調度及機器人控制等過程中擁有重要的指導性意義。混雜系統可以被看成是在常規性的控制系統中結合離散時間控制對該控制系統進行相關研究的有效途徑及方法。

2.混雜系統的建模

模型是對系統中所涉及的主要的特征變量及系統結構參數之間關系進行反映的一種方式。混雜系統的建模構成具有顯著的重要性，當今的工業生產中的方法及理論應用，通常都是在進行系統建模之后才廣泛的發展起來的。同時，模型的建立也是對系統進行分析以及進行控制器設計過程中的基礎性及關鍵性技術。混雜系統是一種復雜性的動態系統，對于該系統來說，準確性及實用性的模型的建立過程是問題的關鍵所在。雖然這樣，混雜系統憑借其豐富的發展背景已經發展成為具有最對研究成果的領域之一。此外，混雜系統的研究過程中所存在的問題是錯綜復雜的，當今社會還沒有針對其建立起一種統一性的建模方式，現存的混雜系統大多會因為不同的背景文化，而帶有特定性的領域特征。

國外的學者針對混雜模型的建立提出許多良好的理論性框架，并且隨之產生許多具有代表性的模型建立的方法。布拉尼刺基依據引起混雜系統產生變化的原因是外部的還是內部原因的進行分類，將混雜系統分為自治的與可控的兩種；又依據系統變化的方式是對系統向量場的不斷變化還是狀態向量的變化的忽然改變將其分為跳躍性的及切換性的。又將混雜系統中的離散動態分為自治切換、自治跳躍、受控切換及受控跳躍四類。從而建立起一個統一性的復雜性系統模型。

3.混雜系統的分析

通常情況下，會針對混雜系統的穩定性、能控性、能觀性、可達性、安全性及復雜性等展開分析過程。通常情況下對混雜系統的可控性及穩定性進行分析是非確定性多項式困難問題的，此外，由于對混雜系統復雜化的結構狀態及研究工作進行的時間是非常短暫的，因此，對其性能的分析過程是較為困難的。

3.1穩定性的分析

對于混雜系統的穩定性展開分析時，通常是以李亞普諾夫穩定性理論為基礎進行的。而在該過程中，對于李亞普諾夫函數的尋找過程是相對困難的，而該尋找過程又是不可或缺的。因此，該方式并不能提供一種簡單、易操作的方式來進行穩定切換系統的設計。此外，邁特拉在此基礎上提出的線性切換系統在確定及不確定兩種不同情況下都能夠實用、簡單的穩定性理論。

3.2能控性及能觀性的分析

隨著工業生產的發展，混雜系統的能控性及能觀性逐漸的引起人們的廣泛性關注。對于穩定性及能控性進行的過程中，其復雜性通常會涉及到以下兩個方面：不確定性及計算機難處理的。此外，也有不少人提出運用系統性矩陣是導出線性切換系統能控性的一個充分必要性條件。

3.3形式驗證的分析

混雜系統中的形式驗證大多是依靠計算機理論發展起來的，它能針對算法能否進行特定性質的數學證明進行驗證。它的出現，激發起了控制界的革新，并且也針對特定性的控制實例提出了相應性的驗證方式。

4.混雜系統的應用

從理論方面對混雜系統進行相關性的分析，其已經能夠對混雜系統的結構及規律進行較為全面性的解釋。從應用方面來看，以混雜系統理論為基礎的復雜工程是進行混雜系統研究過程中的最終目的。從現實的工程背景方面來看，相關方面的理論仍舊需要進一步的進行發展及完善，并在該基礎上研究及開發一些擁有實際的應用意義的工具。當今社會，大多數科學家是從混雜系統的理論及其所應用領域這兩方面來著手進行研究

相關數據顯示，對混雜系統所進行的研究過程較為明顯的落后于其理論的研究過程，并且成功的工程案例數目也相對較少。雖然這樣，混雜系統已在多個領域進行應用，并且取得了較好的效果。例如：自動高速公路系統、空中交通的管理系統、機器人系統、制造系統、故障診斷系統以及電力系統等。在智能公路系統中，通過把大量的過往車輛當成連續變化的車流，依據車流速度對道路交通這個離散控制系統進行調度。

5.總結

混雜系統屬于一種復雜性的動態系統。混雜系統作為過程系統的設計性方法，其基本性質便是將事件控制與連續控制進行有效的互補，正是因為這一點，混雜系統的控制方式及結構才會在應用中發揮重要性的作用。對于工業生產中的過程控制中的混雜系統的研究及應用方面還不夠成熟，因此，在今后我們仍舊會面臨著許多的挑戰與機遇。

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