一、前言

　　隨著(zhù)自動(dòng)化程度的不斷提高，運動(dòng)控制系統可以采用以前很難實(shí)現的復雜算法，控制性能也有了很大的提高。運動(dòng)控制系統中控制器的智能化，為解決那些用傳統方法難以解決的復雜系統的控制提供了有效的理論和方法。運動(dòng)控制方法較為成熟的有：PID控制算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制、模糊控制、專(zhuān)家控制、仿人智能控制等。

　　二、運動(dòng)控制的主要方法

　　1.PID控制。PID控制是最早發(fā)展起來(lái)的、應用領(lǐng)域至今仍然廣泛的控制方法之一，它是基于對象數學(xué)模型的方法，尤其適用于可建立精確數學(xué)模型的確定性控制系統。但對于非線(xiàn)形、時(shí)變不確定性系統，難以用常規的PID控制器達到理想的控制效果。而且，在實(shí)際生產(chǎn)中，由于受參數整定方法繁雜的困擾，常規的PID參數往往整定不良、性能欠佳。

　　2.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )起源于20世紀40年代，它從某些方面反映了人腦的基本特征，但并不是人腦的真實(shí)描寫(xiě)，而只是它的抽象、簡(jiǎn)化和模擬，網(wǎng)絡(luò )的信息處理由神經(jīng)元間的相互作用來(lái)實(shí)現。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制的關(guān)鍵是選擇一個(gè)合適的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型，并對其進(jìn)行訓練與學(xué)習，直至達到要求為止，即尋找最優(yōu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )結構與權值。然而，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的學(xué)習，需要一定的實(shí)驗樣本，這些實(shí)驗樣本也必須從已知經(jīng)驗和事先的實(shí)驗中獲得。同時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的訓練與學(xué)習過(guò)程，有時(shí)較為復雜，需要運行成千上萬(wàn)次才能獲得最佳結構。有時(shí)獲得的是一個(gè)局部最優(yōu)解，而不是全局最優(yōu)解，因方法的局限性，同樣也難于對所討論的對象實(shí)現有效的控制。

　　3.模糊控制。實(shí)際工程中，一個(gè)非常熟練的操作人員，能憑借自己豐富的實(shí)踐經(jīng)驗，通過(guò)對現場(chǎng)的各種現象的判斷取得較滿(mǎn)意的控制效果。如果將憑經(jīng)驗所采取的措施轉變成相應的控制規則，并且研制一個(gè)控制器來(lái)代替這些規則，也可實(shí)現對復雜工業(yè)過(guò)程的控制。實(shí)踐證明，以模糊控制理論為基礎的模糊控制器（FC）能夠完成這個(gè)任務(wù)。

　　模糊控制是基于模糊推理和模仿人的思維方法，對難以建立數學(xué)模型的對象實(shí)施的一種控制。它用模糊數學(xué)中的模糊集合來(lái)刻畫(huà)這些模糊語(yǔ)言，并用產(chǎn)生式規則，即“假如條件成立則執行”語(yǔ)句予以實(shí)現。模糊控制技術(shù)的應用在國內已取得明顯效果。

　　4.專(zhuān)家控制。專(zhuān)家控制是智能控制的一個(gè)重要部分，它在將專(zhuān)家系統的理論和技術(shù)同控制理論的理論和方法有機結合的基礎上，在未知環(huán)境下模仿專(zhuān)家的智能，實(shí)現對系統的有效控制。專(zhuān)家控制的核心是專(zhuān)家系統，它具有處理各種非結構性問(wèn)題，尤其是處理定性的、啟發(fā)式的或不確定性的知識信息，經(jīng)過(guò)各種推理過(guò)程達到系統的控制目標。

　　5.仿人智能控制。仿人智能控制（HSIC）經(jīng)過(guò)20年來(lái)的努力，已形成了基本理論體系和較系統的設計方法，并在大量的實(shí)際應用中獲得成功。其主要內容是總結人的控制經(jīng)驗，模仿人的控制思想和行為，以產(chǎn)生式規則描述其在控制方面的啟發(fā)與直覺(jué)推理行為。由于HSIC的基本特點(diǎn)是模仿控制專(zhuān)家的控制行為，因此它的控制算法是多模態(tài)控制的，是多種模態(tài)控制間的相互交替使用。該算法可以完美地協(xié)調控制系統中諸多相互矛盾的控制品質(zhì)的要求。比如，魯棒性與精確性，快速性與平穩性等。

　　三、供水泵站特點(diǎn)與其控制要求

　　在城市建設的發(fā)展過(guò)程中，智能建筑已成為人們追求良好居住條件的一個(gè)標準，而供水泵站是智能建筑群域不可缺少的環(huán)節，合理選擇水泵的控制方式，不僅可以降低工程造價(jià)，還能節能。

　　1.供水系統特性。針對特定對象，用戶(hù)用水最突出的特點(diǎn)是隨機性，哪個(gè)用戶(hù)用水、用多少水、什么時(shí)候用水等，都具有很大的不確定性。從宏觀(guān)角度考慮，供水系統特性主要表現在以下幾個(gè)方面：

　�。�1）系統參數的未知性、時(shí)變性、隨機性和分散性；

　�。�2）系統滯后的未知性和時(shí)變性；

　�。�3）系統嚴重的非線(xiàn)性；

　�。�4）系統各變量間的關(guān)聯(lián)性；

　�。�5）環(huán)境干擾的未知性、多樣性和隨機性。

　　2.控制中存在的問(wèn)題。上述特性，屬于不確定性的復雜對象（或過(guò)程）的控制問(wèn)題，傳統控制已經(jīng)無(wú)能為力，主要表現在：

　　1）不確定性問(wèn)題。供水系統中的很多控制問(wèn)題具有不確定性，用傳統方法難以建模，因而也無(wú)法實(shí)現有效的控制。

　�。�2）高度非線(xiàn)性。在供水系統中有大量的非線(xiàn)性問(wèn)題存在，傳統控制理論中，非線(xiàn)性理論遠不如線(xiàn)性理論成熟，因方法過(guò)分復雜而難以應用。

　�。�3）半結構化與非結構化問(wèn)題。傳統控制理論無(wú)法解決供水系統中的半結構化與非結構化問(wèn)題。

　�。�4）供水系統復雜性問(wèn)題。復雜系統中各子系統間關(guān)系錯綜復雜，各要素間高度耦合，互相制約，外部環(huán)境又極其復雜，傳統控制缺乏有效的解決方法。

　�。�5）可靠性問(wèn)題。常規的基于數學(xué)模型的控制問(wèn)題傾向于是一個(gè)相互依賴(lài)的整體，對簡(jiǎn)單系統的控制的可靠性問(wèn)題并不突出。而對供水系統，如果采用上述方法，則（下轉第18頁(yè)）（上接第16頁(yè)）可能由于條件的改變使整個(gè)控制系統崩潰。

　　由此可見(jiàn)，用傳統的方法不能對這類(lèi)系統進(jìn)行有效的控制，必須探索更有效的控制方法。

　　3.控制要求。無(wú)論采用什么樣的控制手段，都要滿(mǎn)足用戶(hù)用水需求（即維持一定的水壓）、保護環(huán)境不受噪聲污染，此外還要考慮節能。因此，控制要求可以確定為在滿(mǎn)足用戶(hù)對供水要求的前提下，盡可能減少環(huán)境污染和節約能源。

　　四、控制策略的選取

　　控制策略選取與被控對象特性是緊密相關(guān)的，錯誤或不當的控制策略往往會(huì )導致控制效果極差，甚至導致系統失控。

　　目前，在現代的供水泵站中為了節能都普遍采用了變頻器，為提高控制品質(zhì)創(chuàng )造了良好條件。

　　變頻器里一般都有PID控制模塊，但對不確定性的供水復雜系統，用PID算法并不恰當。

　　人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，因方法的局限性，同樣也難于對所討論的對象實(shí)現有效的控制。

　　專(zhuān)家控制系統（ECS），由于特征信息的采集、特征信息的表達以及完備知識庫的建立實(shí)現難度大，采用專(zhuān)家控制系統也不一定是—個(gè)好的選擇。

　　以模糊控制理論為基礎的模糊控制器（FC）能夠實(shí)現對復雜工業(yè)過(guò)程的控制。其控制品質(zhì)和效果還是令人滿(mǎn)意的，是一種可供選擇的策略。

　　仿人智能控制，專(zhuān)家分別采用HISC與FC控制策略對不確定性復雜對象（或過(guò)程）作過(guò)仿真研究，雖然兩者都是基于誤差和誤差變化率等來(lái)計算控制量，但因系統復雜、不確定性因素多、關(guān)聯(lián)性特強（強耦合）的特點(diǎn)，經(jīng)現場(chǎng)試驗比較，HISC與FC都能實(shí)施有效控制，但控制品質(zhì)與魯棒性前者更好，因此采用HSIC完成對不確定性供水系統的控制，是—種較理智的選擇。

　　五、結語(yǔ)

　　智能控制已廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、軍事等多個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)解決了大量的傳統控制無(wú)法解決的實(shí)際控制應用問(wèn)題，呈現出強大的生命力和發(fā)展前景，隨著(zhù)基礎理論研究和實(shí)際應用的擴展，智能控制將會(huì )實(shí)現控制領(lǐng)域的一個(gè)大的飛躍。