过程控制中的混杂系统方法应用

　　摘 要：随着社会的发展，工业领域的生产也正在逐渐的向着大型化及综合化的方向发展，这种复杂化的生产过程，对过程控制系统的功能所提出的要求也正在日益增加。现阶段的控制系统中大多是以计算机技术为主，集底层控制、运营管理、加工调度及总体优化为辅的一体化的控制与决策系统。这些系统的组成通常会很复杂，因此，人们开始对混杂系统进行初步性研究。本文是从多方面对过程控制中的混杂系统展开研究。
　　关键词：过程控制；混杂系统方法；连续变量；离散事件
　　在以往的生产过程中，大多会单独的采用连续变量动态系统或离散事件系统，该方式通常会过于的保守，不能对复杂化的工业生产过程进行全面性的反映。此外，这两种系统的动态描述过程是分别建立在不同的数学基础上的，想要建立这两种系统建立起有一定联系的动力学模型的过程是非常困难的。经过研究，混杂系统应运而生，它是将连续变量与离散事件交互联系，以计算机、数学理论及控制理论为基础所产生并发展起来的一种现代化技术。
　　1.混杂系统的定义
　　通俗的理解，混杂系统是控制系统与离散事件系统的有机结合体。混杂系统本身有许多的特点存在，其中一个便是其在演化的过程中更加的注重时间与事件的共同驱动作用。该系统自从被提出以后，便快速的发展成为过程控制及离散事件系统中研究及应用的热点，并且被生产行业公认为是生产过程中自动化的调度及机器人控制等过程中拥有重要的指导性意义。混杂系统可以被看成是在常规性的控制系统中结合离散时间控制对该控制系统进行相关研究的有效途径及方法。
　　2.混杂系统的建模
　　模型是对系统中所涉及的主要的特征变量及系统结构参数之间关系进行反映的一种方式。混杂系统的建模构成具有显著的重要性，当今的工业生产中的方法及理论应用，通常都是在进行系统建模之后才广泛的发展起来的。同时，模型的建立也是对系统进行分析以及进行控制器设计过程中的基础性及关键性技术。混杂系统是一种复杂性的动态系统，对于该系统来说，准确性及实用性的模型的建立过程是问题的关键所在。虽然这样，混杂系统凭借其丰富的发展背景已经发展成为具有最对研究成果的领域之一。此外，混杂系统的研究过程中所存在的问题是错綜复杂的，当今社会还没有针对其建立起一种统一性的建模方式，现存的混杂系统大多会因为不同的背景文化，而带有特定性的领域特征。
　　国外的学者针对混杂模型的建立提出许多良好的理论性框架，并且随之产生许多具有代表性的模型建立的方法。布拉尼刺基依据引起混杂系统产生变化的原因是外部的还是内部原因的进行分类，将混杂系统分为自治的与可控的两种；又依据系统变化的方式是对系统向量场的不断变化还是状态向量的变化的忽然改变将其分为跳跃性的及切换性的。又将混杂系统中的离散动态分为自治切换、自治跳跃、受控切换及受控跳跃四类。从而建立起一个统一性的复杂性系统模型。
　　3.混杂系统的分析
　　通常情况下，会针对混杂系统的稳定性、能控性、能观性、可达性、安全性及复杂性等展开分析过程。通常情况下对混杂系统的可控性及稳定性进行分析是非确定性多项式困难问题的，此外，由于对混杂系统复杂化的结构状态及研究工作进行的时间是非常短暂的，因此，对其性能的分析过程是较为困难的。
　　3.1稳定性的分析
　　对于混杂系统的稳定性展开分析时，通常是以李亚普诺夫稳定性理论为基础进行的。而在该过程中，对于李亚普诺夫函数的寻找过程是相对困难的，而该寻找过程又是不可或缺的。因此，该方式并不能提供一种简单、易操作的方式来进行稳定切换系统的设计。此外，迈特拉在此基础上提出的线性切换系统在确定及不确定两种不同情况下都能够实用、简单的稳定性理论。
　　3.2能控性及能观性的分析
　　随着工业生产的发展，混杂系统的能控性及能观性逐渐的引起人们的广泛性关注。对于稳定性及能控性进行的过程中，其复杂性通常会涉及到以下两个方面：不确定性及计算机难处理的。此外，也有不少人提出运用系统性矩阵是导出线性切换系统能控性的一个充分必要性条件。
　　3.3形式验证的分析
　　混杂系统中的形式验证大多是依靠计算机理论发展起来的，它能针对算法能否进行特定性质的数学证明进行验证。它的出现，激发起了控制界的革新，并且也针对特定性的控制实例提出了相应性的验证方式。
　　4.混杂系统的应用
　　从理论方面对混杂系统进行相关性的分析，其已经能够对混杂系统的结构及规律进行较为全面性的解释。从应用方面来看，以混杂系统理论为基础的复杂工程是进行混杂系统研究过程中的最终目的。从现实的工程背景方面来看，相关方面的理论仍旧需要进一步的进行发展及完善，并在该基础上研究及开发一些拥有实际的应用意义的工具。当今社会，大多数科学家是从混杂系统的理论及其所应用领域这两方面来着手进行研究
　　相关数据显示，对混杂系统所进行的研究过程较为明显的落后于其理论的研究过程，并且成功的工程案例数目也相对较少。虽然这样，混杂系统已在多个领域进行应用，并且取得了较好的效果。例如：自动高速公路系统、空中交通的管理系统、机器人系统、制造系统、故障诊断系统以及电力系统等。在智能公路系统中，通过把大量的过往车辆当成连续变化的车流，依据车流速度对道路交通这个离散控制系统进行调度。
　　5.总结
　　混杂系统属于一种复杂性的动态系统。混杂系统作为过程系统的设计性方法，其基本性质便是将事件控制与连续控制进行有效的互补，正是因为这一点，混杂系统的控制方式及结构才会在应用中发挥重要性的作用。对于工业生产中的过程控制中的混杂系统的研究及应用方面还不够成熟，因此，在今后我们仍旧会面临着许多的挑战与机遇。
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