牛鋒

摘 要：隨著社會(huì)的發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)也正在逐漸的向著大型化及綜合化的方向發(fā)展，這種復(fù)雜化的生產(chǎn)過程，對過程控制系統(tǒng)的功能所提出的要求也正在日益增加?，F(xiàn)階段的控制系統(tǒng)中大多是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為主，集底層控制、運(yùn)營管理、加工調(diào)度及總體優(yōu)化為輔的一體化的控制與決策系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的組成通常會(huì)很復(fù)雜，因此，人們開始對混雜系統(tǒng)進(jìn)行初步性研究。本文是從多方面對過程控制中的混雜系統(tǒng)展開研究。

關(guān)鍵詞：過程控制；混雜系統(tǒng)方法；連續(xù)變量；離散事件

在以往的生產(chǎn)過程中，大多會(huì)單獨(dú)的采用連續(xù)變量動(dòng)態(tài)系統(tǒng)或離散事件系統(tǒng)，該方式通常會(huì)過于的保守，不能對復(fù)雜化的工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行全面性的反映。此外，這兩種系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)描述過程是分別建立在不同的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上的，想要建立這兩種系統(tǒng)建立起有一定聯(lián)系的動(dòng)力學(xué)模型的過程是非常困難的。經(jīng)過研究，混雜系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，它是將連續(xù)變量與離散事件交互聯(lián)系，以計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)理論及控制理論為基礎(chǔ)所產(chǎn)生并發(fā)展起來的一種現(xiàn)代化技術(shù)。

1.混雜系統(tǒng)的定義

通俗的理解，混雜系統(tǒng)是控制系統(tǒng)與離散事件系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合體。混雜系統(tǒng)本身有許多的特點(diǎn)存在，其中一個(gè)便是其在演化的過程中更加的注重時(shí)間與事件的共同驅(qū)動(dòng)作用。該系統(tǒng)自從被提出以后，便快速的發(fā)展成為過程控制及離散事件系統(tǒng)中研究及應(yīng)用的熱點(diǎn)，并且被生產(chǎn)行業(yè)公認(rèn)為是生產(chǎn)過程中自動(dòng)化的調(diào)度及機(jī)器人控制等過程中擁有重要的指導(dǎo)性意義?；祀s系統(tǒng)可以被看成是在常規(guī)性的控制系統(tǒng)中結(jié)合離散時(shí)間控制對該控制系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)研究的有效途徑及方法。

2.混雜系統(tǒng)的建模

模型是對系統(tǒng)中所涉及的主要的特征變量及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)之間關(guān)系進(jìn)行反映的一種方式。混雜系統(tǒng)的建模構(gòu)成具有顯著的重要性，當(dāng)今的工業(yè)生產(chǎn)中的方法及理論應(yīng)用，通常都是在進(jìn)行系統(tǒng)建模之后才廣泛的發(fā)展起來的。同時(shí)，模型的建立也是對系統(tǒng)進(jìn)行分析以及進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)過程中的基礎(chǔ)性及關(guān)鍵性技術(shù)?；祀s系統(tǒng)是一種復(fù)雜性的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，對于該系統(tǒng)來說，準(zhǔn)確性及實(shí)用性的模型的建立過程是問題的關(guān)鍵所在。雖然這樣，混雜系統(tǒng)憑借其豐富的發(fā)展背景已經(jīng)發(fā)展成為具有最對研究成果的領(lǐng)域之一。此外，混雜系統(tǒng)的研究過程中所存在的問題是錯(cuò)綜復(fù)雜的，當(dāng)今社會(huì)還沒有針對其建立起一種統(tǒng)一性的建模方式，現(xiàn)存的混雜系統(tǒng)大多會(huì)因?yàn)椴煌谋尘拔幕鴰в刑囟ㄐ缘念I(lǐng)域特征。

國外的學(xué)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(chǎn)生許多具有代表性的模型建立的方法。布拉尼刺基依據(jù)引起混雜系統(tǒng)產(chǎn)生變化的原因是外部的還是內(nèi)部原因的進(jìn)行分類，將混雜系統(tǒng)分為自治的與可控的兩種；又依據(jù)系統(tǒng)變化的方式是對系統(tǒng)向量場的不斷變化還是狀態(tài)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(tǒng)中的離散動(dòng)態(tài)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(gè)統(tǒng)一性的復(fù)雜性系統(tǒng)模型。

3.混雜系統(tǒng)的分析

通常情況下，會(huì)針對混雜系統(tǒng)的穩(wěn)定性、能控性、能觀性、可達(dá)性、安全性及復(fù)雜性等展開分析過程。通常情況下對混雜系統(tǒng)的可控性及穩(wěn)定性進(jìn)行分析是非確定性多項(xiàng)式困難問題的，此外，由于對混雜系統(tǒng)復(fù)雜化的結(jié)構(gòu)狀態(tài)及研究工作進(jìn)行的時(shí)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(wěn)定性的分析

對于混雜系統(tǒng)的穩(wěn)定性展開分析時(shí)，通常是以李亞普諾夫穩(wěn)定性理論為基礎(chǔ)進(jìn)行的。而在該過程中，對于李亞普諾夫函數(shù)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(jìn)行穩(wěn)定切換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。此外，邁特拉在此基礎(chǔ)上提出的線性切換系統(tǒng)在確定及不確定兩種不同情況下都能夠?qū)嵱?、簡單的穩(wěn)定性理論。

3.2能控性及能觀性的分析

隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，混雜系統(tǒng)的能控性及能觀性逐漸的引起人們的廣泛性關(guān)注。對于穩(wěn)定性及能控性進(jìn)行的過程中，其復(fù)雜性通常會(huì)涉及到以下兩個(gè)方面：不確定性及計(jì)算機(jī)難處理的。此外，也有不少人提出運(yùn)用系統(tǒng)性矩陣是導(dǎo)出線性切換系統(tǒng)能控性的一個(gè)充分必要性條件。

3.3形式驗(yàn)證的分析

混雜系統(tǒng)中的形式驗(yàn)證大多是依靠計(jì)算機(jī)理論發(fā)展起來的，它能針對算法能否進(jìn)行特定性質(zhì)的數(shù)學(xué)證明進(jìn)行驗(yàn)證。它的出現(xiàn)，激發(fā)起了控制界的革新，并且也針對特定性的控制實(shí)例提出了相應(yīng)性的驗(yàn)證方式。

4.混雜系統(tǒng)的應(yīng)用

從理論方面對混雜系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)性的分析，其已經(jīng)能夠?qū)祀s系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及規(guī)律進(jìn)行較為全面性的解釋。從應(yīng)用方面來看，以混雜系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)的復(fù)雜工程是進(jìn)行混雜系統(tǒng)研究過程中的最終目的。從現(xiàn)實(shí)的工程背景方面來看，相關(guān)方面的理論仍舊需要進(jìn)一步的進(jìn)行發(fā)展及完善，并在該基礎(chǔ)上研究及開發(fā)一些擁有實(shí)際的應(yīng)用意義的工具。當(dāng)今社會(huì)，大多數(shù)科學(xué)家是從混雜系統(tǒng)的理論及其所應(yīng)用領(lǐng)域這兩方面來著手進(jìn)行研究

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，對混雜系統(tǒng)所進(jìn)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(shù)目也相對較少。雖然這樣，混雜系統(tǒng)已在多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，并且取得了較好的效果。例如：自動(dòng)高速公路系統(tǒng)、空中交通的管理系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)、制造系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)以及電力系統(tǒng)等。在智能公路系統(tǒng)中，通過把大量的過往車輛當(dāng)成連續(xù)變化的車流，依據(jù)車流速度對道路交通這個(gè)離散控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度。

5.總結(jié)

混雜系統(tǒng)屬于一種復(fù)雜性的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)?；祀s系統(tǒng)作為過程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)性方法，其基本性質(zhì)便是將事件控制與連續(xù)控制進(jìn)行有效的互補(bǔ)，正是因?yàn)檫@一點(diǎn)，混雜系統(tǒng)的控制方式及結(jié)構(gòu)才會(huì)在應(yīng)用中發(fā)揮重要性的作用。對于工業(yè)生產(chǎn)中的過程控制中的混雜系統(tǒng)的研究及應(yīng)用方面還不夠成熟，因此，在今后我們?nèi)耘f會(huì)面臨著許多的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。

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