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桥梁施工控制系统中现代控制论的发展
日期:2017-1-9 16:45:49 作者:钢结构安全检测 来源:本站原创
新闻中心

 

    控制理论是系统理论的一个分支,发展至今已经有100多年的历史。随着工业和科学技术的飞速发展,各个领域中对控制精度、系统稳定性及适应能力的要求不断提高。控制理论已经历了“经典控制理论”与“现代控制理论”的发展阶段,现已进人“大系统理论”和“智能控制理论”的发展阶段。这种阶段性的发展过程是由简单到复杂、由量变到质变的辩证发展过程。

 

第一个发展阶段为经典控制理论。

    20世纪60年代以前,基于传递函数和频域技术,主要用来处理单输入一单输出的定常线性系统问题的控制理论,我们称之为经典控制理论。

 

    19世纪,为解决汽机离心调速器的控制精度与系统稳定性之间的矛盾,马克斯维尔提出用基本系统的微分方程模型分析反馈系统的数学方法。同时,韦士乃格瑞斯克阐述了调节器的数学理论。进人20世纪,电信工业的发展导致了尼奎斯特(H.Nyquist)频率域分析技术和稳定判据的产生。1948年伊万斯( W. R. Ewans)提出了一种易于工程应用的、求解闭环特征方程根的简单图解法一根轨迹法。这样使形成了一套完整的、基于传递函数、在频域对简单定常线性系统进行分析控制的理论,即可以看出,经典控制论是与当时的生产过程局部自动相适应的,即经典控制理论。

 

    可以看出,经典控制论是与当时的生产过程局部自动相适应的,再加上当时电子计算机技术的发展水平处于初级阶段,它具有明显的手工分析计算的特点。古典控制理论常用的数学工具是微分方程、差分方程、傅里叶变换、拉普拉斯变换与Z变换等。

 

第二个发展阶段为现代控制理论。

    现代控制理论通常是指20世纪60年代以后迅速发展起来的控制理论,主要用来解决多输入一多输出系统问题,系统可以是线性或非线性、定常或时变的。

 

    20世纪60年代以后,空间技术的发展和计算机技术的发展促使控制理论由经典控制理论向现代控制理论转变。控制对象的结构越来越复杂,控制的参数越来越多,要求达到的性能指标也越来越高,经典控制理论显得无能为力。因此,现代控制理论迅速发展起来。现代控制理论系统的数学模型主要采用状态方程,系统的动态性能主要决定于状态方程的解,系统的分析与综合主要采用状态空间分析法,属时域分析的范畴。前苏联学者庞德亚金等提出的极大值原理、美国学者贝尔曼提出的动态规化理论和卡尔曼提出的滤波理论成为现代控制理论发展历程中的里程碑。

 

    目前,现代控制理论在空间技术、飞机控制系统设计以及工业生产等诸多方面都获得了成功应用。而新技术的发展又不断向控制理论提出新的、更高的要求,从而促进了现代控制理论的不断发展、完善。现代控制理论所用的数学工具的范围极其广泛,几乎所有的新的数学分支都可以在这里找到用武之地。但对现代控制理论的基础部分而言,主要还是用线性代数、矩阵分析、古典变分法、概率论与随机过程理论等。

 

第三个发展阶段是指大系统理论和智能控制理论。

    经典理论和现代控制理论都是建立在被控对象精确模型的基础上的控制理论。实际上,许多被控对象常常难于建立精确的数学模型,即使能够对一些复杂现象建立起数学模型,往往由于模型过于复杂而难以实现有效的控制。

 

    大系统理论和智能控制理论的出现使控制理论发展到一个新的阶段。大系统理论在20世纪60年代提出,经过几十年的发展,其成果已广泛应用于工程实际。所谓大系统,是指规模庞大、结构复杂、变众多的信息与控制系统。例如一个大型钢铁联合企业、大型电力网、大型交通网、大型土建(如特大型桥梁)工程等均可称为大系统。统的主要特点是都包含若干子系统。这些子系统通过电子计算协调工作,采用多级递阶控制以实现多指标综合最优化。

智能控制系统是具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统,是人工智能和自动控制的交叉。直觉推理在控制中起到重要作用。主要包括分级递阶智能控制、专家控制系统、模糊控制系统和基于神经网络的控制系统等。

 

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