液壓同步頂升控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究碩士學位(1)

1、<p>　　碩 士 學 位 論 文</p><p>　　液壓同步頂升控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究</p><p>　　分類號（中圖法） TP273 UDC (DDC)： 620 密級 公 開 </p><p>　　論文作者姓名 *** 學號 0930604020 單位 河 海 大 學 </p&g

2、t;<p>　　論文中文題名 液壓同步頂升控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究 </p><p>　　論文中文副題名 無 </p><p>　　論文英文題名 Design and Research of Hydraulic Synchronous

3、 Lift Control System </p><p>　　論文英文副題名 None </p><p>　　論文語種漢論文摘要語種 漢、英 論文頁數(shù) 91 論文字數(shù) 5.4（萬）</p><p>　　論文主題詞液壓同步頂升控制、電液比例減壓閥、灰色預測模糊控制、

4、Matlab、WebAccess </p><p>　　申請學位級別 碩 士 專 業(yè) 名 稱 控制理論與控制工程 </p><p>　　研究方向 計算機測控系統(tǒng) </p><p>　　指導教師姓名 *** 導師單位 河海大學 能源與電氣學院

5、 </p><p>　　論文答辯日期 2012 年 月 日 </p><p>　　Design and Research of Hydraulic Synchronous Lift Control System</p><p>　　Dissertation Submitted to</

6、p><p>　　Hohai University</p><p>　　In Fulfillment of the Requirement</p><p>　　For the Degree of</p><p>　　Master of Engineering</p><p><b>　　by</b>&l

7、t;/p><p>　　Zhonghao Li</p><p>　　(Institute of Energy and Electrical)</p><p>　　Dissertation Supervisor: Associate ProfessorGuo-fang Lv</p><p>　　March, 2012 Nanjing,

8、 P.R.China學位論文獨創(chuàng)性聲明：</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　大型建筑物頂升平移技術(shù)作為一種新型的建筑物改造技術(shù)，以其施工快捷、經(jīng)濟實惠、效果良好等優(yōu)點，已在國內(nèi)外大型建筑物改造工程中得到了廣泛的應用，是一項具有廣泛應用前景的新型技術(shù)。然而普通的頂升技術(shù)常常無法保證頂升精度和穩(wěn)定性，而且工作量大、容易拖延工程時間、影響工

9、作效率，并且容易發(fā)生安全隱患。針對這種情況，在分析已有系統(tǒng)的利弊后，本文基于中海油油品1#汽車裝車臺整體升高改造工程，在利用現(xiàn)代測量理論和技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合同步頂升理論和控制算法，研究并設(shè)計了一套液壓同步頂升控制的設(shè)計方案。</p><p>　　在本文中，首先就建筑物頂升平移技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展水平進行了分析、研究，而后針對實際的工程項目提出了一種利用電液比例減壓閥+可編程邏輯控制器+組態(tài)軟件設(shè)計的控制系統(tǒng)。然后對各

10、種控制算法進行了介紹，針對控制要求選用了一種灰色預測模糊控制算法作為系統(tǒng)的控制策略，并且結(jié)合電氣和機械部分的數(shù)學模型，在Matlab中通過Simulink工具搭建了控制系統(tǒng)的模型進行仿真，從理論上驗證了控制策略的可行性，并通過與傳統(tǒng)PID、普通模糊控制算法的仿真比較，突出了該控制策略的先進性。詳細描述了設(shè)計的控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)和上位機的監(jiān)控軟件：硬件系統(tǒng)主要包括液壓系統(tǒng)、電液比例減壓閥、PLC控制柜、檢測傳感器、上位機等模塊；監(jiān)控軟件包括

11、上位機人機界面、PLC控制軟件兩大部分，上位機專用的人機交互界面（HMI）采用研華WebAccess7.0版本的網(wǎng)際組態(tài)軟件作為平臺開發(fā)而成，PLC控制軟件采用三菱專用編程軟件GX-DEVELOPER V8.52E編制了梯形圖控制程序；設(shè)計了PLC與WebAccess的通訊模塊，詳述了通信方式及通信協(xié)議。</p><p>　　最后，針對本項目中的不足和出現(xiàn)的諸多問題，提出了以后需要進一步提高和研究的方向。<

12、/p><p>　　關(guān)鍵詞：液壓同步頂升控制 電液比例減壓閥 灰色預測模糊控制Matlab WebAccess</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The technology of lifting and translation of Large buildings is a new type of build

13、ing reconstruction technique,with its fast construction, affordable,good effect and other advantages,it has set up a wide range of applications in the large building renovation engineering at home and abroad,and it is a

14、new technology which has a wide application prospects.However, ordinary lifting technique is often not only ensure lifting accuracy and stability,but also has a big workload, is easy to delay the p</p><p>　　

15、In this article,firstly,it researchs the development level of building lifting and translation technology at home and abroad, and then designs a kind of control system which makes use of Electro-hydraulic proportional pr

16、essure reducing valve + PLC + SCADA based on the actual engineering project.After that,it introduces all sorts of control algorithm,and chooses the grey prediction fuzzy control algorithm as the system control algorithm

17、to the request of control. Combined with the mathematical mo</p><p>　　At last, according to the deficiencies and problems occurred in this project, we puts forward the direction that we need to improve and r

18、esearch in future.</p><p>　　Key words: Hydraulic synchronous lift control; Electro-hydraulic proportional pressure reduction valve; Grey prediction fuzzy control; Matlab; WebAccess</p><p><b&

19、gt;　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目 錄IV</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p&

20、gt;　　1. 1 研究背景1</p><p>　　1. 2 本課題在國內(nèi)外的研究動態(tài)1</p><p>　　1. 2. 1 國外同步頂升技術(shù)的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1. 2. 2 國內(nèi)同步頂升技術(shù)的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1. 3 課題在實際應用方面的意義、價值3</p><p>

21、;　　第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計7</p><p>　　2. 1 建筑物同步頂升7</p><p>　　2. 1. 1 頂升工作原理7</p><p>　　2. 1. 2 設(shè)計目標和功能8</p><p>　　2. 2 系統(tǒng)總體框架9</p><p>　　2. 3 液壓同步頂升控制系統(tǒng)主要電氣原理圖1

22、0</p><p>　　2. 4 監(jiān)控模式的選擇11</p><p>　　第三章 灰色預測模糊控制算法12</p><p>　　3. 1 控制策略的選擇12</p><p>　　3. 2 模糊控制18</p><p>　　3. 2. 1 模糊控制的概念和發(fā)展18</p><p>

23、;　　3. 2. 2 模糊控制系統(tǒng)19</p><p>　　3. 2. 3 模糊控制器20</p><p>　　3. 2. 4 液壓控制系統(tǒng)模糊控制器的設(shè)計23</p><p>　　3. 3 灰色預測系統(tǒng)的設(shè)計36</p><p>　　3. 3. 1 灰色系統(tǒng)理論36</p><p>　　3. 3.

24、 2 灰色預測模型37</p><p>　　3. 3. 3 GM(1,1)預測模型的設(shè)計37</p><p>　　3. 3. 4 灰色等維新息模型的設(shè)計40</p><p>　　3. 3. 5 灰色預測模型的精度檢驗41</p><p>　　3. 4 灰色預測模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計42</p><p>

25、　　第四章 灰色預測模糊控制的計算機仿真44</p><p>　　4. 1 控制算法仿真44</p><p>　　4. 2 液壓控制系統(tǒng)模糊控制器MATLAB環(huán)境下的設(shè)計44</p><p>　　4. 2. 1 MATLAB概述44</p><p>　　4. 2. 2 FIS編輯器的設(shè)計45</p><p

26、>　　4. 2. 3 隸屬函數(shù)編輯器的設(shè)計46</p><p>　　4. 2. 4 模糊規(guī)則編輯器的設(shè)計47</p><p>　　4. 2. 5 規(guī)則觀察器48</p><p>　　4. 2. 6 曲面觀察器49</p><p>　　4. 3 液壓控制系統(tǒng)模糊控制器MATLAB環(huán)境下的仿真49</p>

27、<p>　　4. 3. 1 Simulink概述49</p><p>　　4. 3. 2 控制對象傳遞方程的建立50</p><p>　　4. 3. 3 液壓控制系統(tǒng)的仿真53</p><p>　　第五章 基于灰色預測模糊控制的液壓同步頂升控制系統(tǒng)的設(shè)計59</p><p>　　5. 1 液壓同步頂升控制系統(tǒng)59&

28、lt;/p><p>　　5. 2 液壓同步頂升控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計59</p><p>　　5. 2. 1 液壓系統(tǒng)59</p><p>　　5. 2. 2 電液比例減壓閥61</p><p>　　5. 2. 3 可編程邏輯控制器62</p><p>　　5. 2. 4 PLC編程軟件65</p&g

29、t;<p>　　5. 2. 5 PLC編程語言66</p><p>　　5. 2. 6 檢測傳感器67</p><p>　　5. 3 監(jiān)控組態(tài)軟件設(shè)計71</p><p>　　5. 3. 1 組態(tài)軟件介紹71</p><p>　　5. 3. 2 WebAccess網(wǎng)際組態(tài)軟件72</p><

30、;p>　　5. 3. 3 基于WebAccess的人機交互界面設(shè)計73</p><p>　　5. 4 PLC與組態(tài)軟件WebAccess的通信76</p><p>　　第六章 總結(jié)與展望78</p><p>　　6. 1 總結(jié)78</p><p>　　6. 2 展望79</p><p><

31、b>　　參考文獻80</b></p><p><b>　　致 謝82</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1. 1 研究背景</p><p>　　隨著我國國民經(jīng)濟和城市建設(shè)的飛速發(fā)展，像城市規(guī)劃、舊城改造、道路拓寬這樣的建筑工程劇

32、增，尤其是各種公路、鐵路、大橋的建設(shè)與改造更是成為了經(jīng)濟發(fā)展的動脈。這些建筑工程在實施過程中經(jīng)常會遇到兩類問題：一類是進行規(guī)模較大的工程建造，需要對一些體積大、重量大的工程建筑物局部體進行精確的整體抬升，比如橋梁建設(shè)中的橋面路段建造、提高橋梁凈空等，有時候甚至要求在不中斷交通的情況下進行橋梁支座的更換；另一類是工程規(guī)劃與原有的建筑物發(fā)生沖突矛盾，不少建筑物因為規(guī)劃的原因不得不拆除[1]。但其中一些建筑物因為建成時間不長，仍然具有很大的實

33、用價值，尤其是一些古建筑，或?qū)儆谑鼙Ｗo的文物，或是具有一定象征意義的人文景觀，如果對其拆除，損失更是難以估計。有時為了減少損失，不得不修改原來的規(guī)劃，這樣就可能給城市建設(shè)造成了永久的缺憾，甚至會產(chǎn)生新的問題[2]。</p><p>　　同步頂升技術(shù)或稱同步移位技術(shù)的出現(xiàn)，成為了解決這一矛盾的重要方法和手段，很好地解決了這一難題。所謂同步頂升（移位）技術(shù)，就是在保證建筑物結(jié)構(gòu)的整體性和使用功能的前提下，采用一系列機

34、械的或者其它的手段使建筑物整體平穩(wěn)的升降、平移，從而達到建筑物整體移位的目的。同步頂升（移位）技術(shù)最早源于大型設(shè)備與建筑物移位（頂升、平移），大型建筑物整體遷移技術(shù)是指在保證大型建筑物主體結(jié)構(gòu)完整和使用功能的前提下，將其從原址遷移到新址的技術(shù)。主要包括建筑物水平方向的平移、旋轉(zhuǎn)、糾偏等；同時還包括建筑物垂直方向的頂升，如橋梁的加高或支座的更換、房屋糾傾以及頂升調(diào)坡等。其基本原理是：首先將建筑物頂起，托換到托梁上，在托梁下安裝行走或支撐動

35、力系統(tǒng)，然后將建筑物與原基切斷，使建筑物成為可移動體，通過施加動力將建筑物整體遷移到指定位置，就位后再進行新的連接。</p><p>　　1. 2 本課題在國內(nèi)外的研究動態(tài)</p><p>　　近年來，國內(nèi)外已經(jīng)有大量采用頂升技術(shù)進行大型建筑物頂升、平移及大型設(shè)備結(jié)構(gòu)的位移中的應用成功的范例，并且應用范圍日益擴大。</p><p>　　1. 2. 1 國外同步頂

36、升技術(shù)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　通過查找資料可知，國外的頂升技術(shù)在實際工程中應用的比較早，比如古建筑物的移位、更換橋梁支座、頂推梁體等。</p><p>　　世界上最早的建筑物整體移位技術(shù)出現(xiàn)在新西蘭，工程技術(shù)人員采用蒸汽機車作為牽引裝置，將新普利茅斯市的一座一層民宅移到新址[3]。1901年，美國依阿華大學由于校園擴建，將三層高、重約6000KN的科學館進行了整體平移，為了繞過另一

37、棟樓，在移動過程中采用了轉(zhuǎn)向技術(shù)，將其旋轉(zhuǎn)45度，這一技術(shù)在當時的土木工程界引起了極大的興趣和廣泛的評論，這座樓至今仍在使用，已經(jīng)經(jīng)受了100多年的考驗[4]。</p><p>　　金門大橋是世界聞名的橋梁之一，是近代橋梁工程的一項奇跡。大橋雄峙于美國加利福尼亞州寬1900多米的金門海峽之上，歷時4年和10萬多噸鋼材，耗資達3550萬美元建成，大橋全長達2000米，橋面寬27.4米，造型宏偉壯觀、樸素無華。為了保

38、證大橋能夠承受住潛在的地震威脅，在2002年，Balfour Betty建筑公司和ENERPAC公司利用液壓控制同步頂升系統(tǒng)在不中斷交通的情況下對金門大橋進行了抗震改造。金門大橋抗震改造完成已經(jīng)有好幾年的時間了，經(jīng)實踐檢驗，其加固效果良好[5]。</p><p>　　2004年由法國總統(tǒng)希拉克親自剪彩竣工的法國米勞大橋是世界上最高的大橋，高達343m，橋面長2460m，寬27.35m，總重36000t[6]。國內(nèi)

39、有關(guān)專家曾經(jīng)形象地說：“這幾乎就是在比東方明珠矮一點的高空建造一段長2公里的高架道路”。橋梁下面不是一馬平川的大地，而是一條深深的山谷，在如此高的位置上進行如此大規(guī)模的施工建設(shè)對人類自身而言就是一個極大的挑戰(zhàn)[7]。為了解決在深谷中架設(shè)臨時橋墩、重型鋼結(jié)構(gòu)橋面架設(shè)等施工難題，美國實用動力集團公司和ENERPAC歐洲工程中心采用計算機控制同步頂升系統(tǒng)和以超高壓液壓為動力的全自動智能化控制橋面平推系統(tǒng)成功地解決了大橋建造中的技術(shù)難題[8]，

40、一方面采用計算機控制同步頂升系統(tǒng)輔助橋墩建造，幫助橋墩升高到77米到245米不等；另一方面采用特殊設(shè)計的計算機控制超高壓液壓平移系統(tǒng)，解決大橋鋼結(jié)構(gòu)橋面平移就位難題。</p><p>　　1. 2. 2 國內(nèi)同步頂升技術(shù)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　在國外，關(guān)于先進頂升機械設(shè)備的應用很普遍，尤其是對橋梁支座進行更換時，也主要使用了整體同步頂升技術(shù)。在國內(nèi)，頂升技術(shù)從50年代才開始發(fā)展，

41、起初應用于鐵路橋梁的架設(shè)、移位和落梁；從八十年代末起，液壓同步頂升技術(shù)開始在我國迅猛發(fā)展，先后應用于上海石洞口第二電廠、上海東方明珠廣播電視塔鋼天線桅桿整體提升、北京西客站主站房鋼門門樓整體提升、浦東機場停機庫提升以及上海大劇院鋼屋架整體提升等一系列重大建設(shè)工程中，獲得了巨大的成功[9]。</p><p>　　在公路建設(shè)方面，頂升技術(shù)最初僅僅被用于單片預制梁的架設(shè)和移位。2003年9月，跨越海河的獅子林河橋和北安

42、橋被分別頂升1.271米和1.50米，成為我國首次進行的橋梁整體升高工程。</p><p>　　上海音樂廳建于1930年，原名南京大戲院，具有歐洲古典主義風格的建筑，被譽為“上海的巴黎歌劇院” [7]。2002年，為市政建設(shè)的需要對其進行平移約66.46m，并且頂升3.38m。音樂廳結(jié)構(gòu)空曠，空間剛度較差，且結(jié)構(gòu)強度很低，將如此風格和結(jié)構(gòu)類型的優(yōu)秀保護建筑整體移位，在國內(nèi)尚屬首例，在施工難度上堪稱國內(nèi)之最，頂升高

43、度在世界上也屬罕見。音樂廳整體移位工程開發(fā)了一套具有四組共59臺高精度頂升液壓缸的計算機控制同步頂升和頂推系統(tǒng)，將建筑物第一次頂升1.7m，然后依靠有自動控制能力的4路同步頂推系統(tǒng)，將建筑物推移至預定位置，再進行第二次頂升1.68m[10]。 </p><p>　　吳淞大橋是一座連續(xù)梁橋，橋墩采用的是樁柱結(jié)構(gòu)。由于北引橋的橋面高度太低，按照傳統(tǒng)的施工方法，需把北引橋全部拆掉，然后再重新建造一座高度和立交高架橋相等

44、的引橋與之相接。但是這樣做的話不僅要封閉交通，而且經(jīng)濟損失也很大。施工技術(shù)人員經(jīng)過3個月的艱苦攻關(guān)最終設(shè)計出了一套整體同步頂升方案，平均將原橋頂高了0.85米。與房屋建筑相比，吳淞大橋是線性結(jié)構(gòu)，頂升的難度更大[11]。施工隊將大橋立柱上的蓋梁和板梁穩(wěn)穩(wěn)托住，然后將立柱割斷，用12只頂力為150噸以上的千斤頂將橋面同步地頂升到了預定高度。利用此方案施工比拆橋重建省一半時間，不需要占用周圍的道路，并且將投資節(jié)省了35%。經(jīng)過精密的儀器檢測

45、，北引橋整體頂升獲得了成功，橋面沒有裂縫，對接良好。</p><p>　　1. 3 課題在實際應用方面的意義、價值</p><p>　　青島中海油油品1#汽車裝車臺為二層混凝土框架結(jié)構(gòu)，5.1米標高處為一層平臺，9.9米標高處為二層平臺（二層層高為4.8米），13.5米標高處為檐口，檐口高度8.4米；該工程共兩排柱，每排6根，排距6米，每排柱間距為10米；鋼筋砼獨立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深1.5米

46、，基礎(chǔ)底標高為3.6米，基礎(chǔ)頂標高為4.2米，一層地面標高為5.1米，屋頂為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，底層柱側(cè)面安裝有部分設(shè)備及管線。由于裝車臺凈空高度不夠，影響裝車，要求整體升高1.2米。</p><p>　　通過分析已有系統(tǒng)的利弊，結(jié)合電子技術(shù)、PLC控制技術(shù)，本文研制開發(fā)了一套以電液比例減壓閥+可編程邏輯控制器+組態(tài)軟件為核心設(shè)計的液壓同步頂升控制系統(tǒng)。為了使得控制更加精確，本文考慮了更多可能會影響頂升效果的因素后，在控制

47、中加入了模糊控制算法，對輸出量進行優(yōu)化控制，并且為了解決模糊控制響應時間長的問題，以及減小擾動信號對模糊控制造成的不良影響，在模糊控制的反饋環(huán)節(jié)加入了灰色預測模塊構(gòu)成灰色預測模糊控制系統(tǒng)，結(jié)合電氣和機械部分的數(shù)學模型循序漸進地建立起仿真模型，從理論基礎(chǔ)上證明了算法的可行性，使得控制更加精確、頂升更加安全。該系統(tǒng)能全自動完成同步頂升過程，實現(xiàn)位移控制、過程顯示、故障報警等多種功能，控制精度更高，操作更加簡單，整體安全可靠，并且提供了遠程監(jiān)

48、控的功能，方便專家進行遠程指導、遠程會診。</p><p><b>　　全文安排如下：</b></p><p>　　第一章：緒論，本章主要闡述了本課題的研究背景、國內(nèi)外的研究狀況和實際意義。</p><p>　　第二章：系統(tǒng)總體方案的設(shè)計。本章首先介紹了建筑物頂升的步驟，然后介紹了系統(tǒng)的總體框架、設(shè)計思想及監(jiān)控模式的選擇，并且繪制了系統(tǒng)電氣原理

49、圖。</p><p>　　第三章：系統(tǒng)控制算法的設(shè)計。本章首先詳述了控制系統(tǒng)各種控制策略，并且將其優(yōu)缺點進行了比較。針對控制要求選用了一種灰色預測模糊控制算法作為系統(tǒng)的控制算法，然后對該控制理論進行了分析，并且進行了控制器的設(shè)計。</p><p>　　第四章：控制算法的計算機仿真。本章首先在Matlab環(huán)境下進行控制器的設(shè)計，然后建立了控制對象的傳遞方程，利用Simulink工具進行了算法

50、仿真，并與其他算法進行比較，從理論上證明了灰色預測模糊控制策算法的可行性和優(yōu)越性。</p><p>　　第五章：系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計。本章詳細介紹了液壓同步頂升系統(tǒng)，從液壓部分和電氣部分介紹了系統(tǒng)硬件方面的設(shè)計，并簡述了位移傳感器誤差標定的方法及算法；軟件方面主要對用WebAccess7.0網(wǎng)際組態(tài)軟件制作的監(jiān)控界面進行了設(shè)計，最后進行了上-下位機通信的設(shè)計。</p><p>　　第六章：總結(jié)

51、與展望。本章主要對本文的研究成果進行了總結(jié)，針對本項目中的不足和問題，提出了以后需要進一步提高和研究的方向。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計</p><p>　　2. 1 建筑物同步頂升</p><p>　　2. 1. 1 頂升工作原理</p><p>　　建筑物同步頂升一般分為承壓、頂升、保持和帶載下降四步:</p&g

52、t;<p><b>　　(l)承壓</b></p><p>　　在頂升前，要將建筑物與支柱連接處打斷才可以進行頂升操作，在打斷前要讓液壓千斤頂代替支柱來承受建筑物的重量，這就要求油泵可以單獨給某個液壓千斤頂供油使其進行單獨頂升，根據(jù)建筑構(gòu)件圖估算出各個頂升點近似的載荷值，調(diào)節(jié)各頂升點的頂升力。為了避免計算誤差以及確保工程安全，初始頂升力應略小于計算的近似載荷值。待各頂升點調(diào)整好

53、后，調(diào)節(jié)各電液比例減壓閥使其出口壓力逐步增加，且每次增加的壓力要固定，并根據(jù)位移傳感器的采樣數(shù)據(jù)來判斷是否產(chǎn)生位移。當各頂升點由于壓力變化使其施力超過頂升點的載荷時，千斤頂活塞伸出使該點產(chǎn)生位移，壓力和位移的實時變化通過壓力傳感器和位移傳感器傳回計算機。當位移傳感器測得微小位移時，和該位移傳感器對應的千斤頂停止動作，即相關(guān)的電液比例減壓閥出口壓力停止變化，當所有的出口壓力穩(wěn)定后，建筑物的重量完全由千斤頂承載，此時建筑物處于“懸浮”狀態(tài)，

54、承壓步驟結(jié)束。</p><p><b>　　(2)頂升</b></p><p>　　在實際工程中，建筑物要求提升的高度往往大于千斤頂?shù)牧砍?，鑒于這種情況，通常系統(tǒng)會采用分步頂升法，即將整個頂升過程分成了很多小步，每次頂升一小步。例如此次工程要求頂升1.2m，即1200mm，液壓千斤頂?shù)牧砍虨?00mm，通過測試發(fā)現(xiàn)千斤頂在接近滿量程的部分非線性比較嚴重，因此將整個頂升

55、過程分作15個小步，每次頂升80mm，逐次完成頂升過程。開始頂升后，按照采樣周期采樣得來的位移判斷所有頂升點的同步情況，設(shè)R為預先設(shè)定的千斤頂行程，即分步頂升每一次的高度，位于頂升點處的位移傳感器將頂升數(shù)據(jù)S實時地傳回來，通過控制策略進行計算，輸出到電液比例減壓閥控制出口壓力，進而控制液壓千斤頂來調(diào)節(jié)頂升的位移，從而達到控制頂升過程平穩(wěn)、順利地進行。當S>= R時，相應的千斤頂停止工作，閥門關(guān)閉，千斤頂鎖死。待所有頂升點都完成頂升

56、工作后，液壓泵關(guān)閉，接下來就可以進行數(shù)據(jù)記錄等一系列工作，并為下一步的頂升工作做準備。對于每步頂升中的位移精度，可以通過智能控制算法來提高。本步產(chǎn)生的誤差，在下一步頂升中可以消除，因此最終頂升誤差由最后一步的頂升誤差決定。此種方法控制精度較高，控制方法簡單，便于計算機控制，自動化</p><p><b>　　(3)保持</b></p><p>　　當頂升工作完成后，建

57、筑物處于懸浮保持狀態(tài)，為后續(xù)施工的需求，必須暫時保持頂升位置不變，而千斤頂通過高壓油管進、回油，一旦油管受損爆裂，后果不堪設(shè)想。為確保安全，每個千斤頂都安裝了液控單向閥。保壓精度和最大保壓時間主要由液壓系統(tǒng)中所使用的液壓元件的制造精度、密封性決定[7]。單靠液控單向閥進行保壓，保壓時間不能太長，因為即使制造精度再高，密封性再好，也無法避免泄漏，可以將千斤頂上自帶的橡皮圈旋起使千斤頂不能由于壓力大而自動回油，構(gòu)成了雙保險，既決了安全問題，

58、又為頂升作業(yè)帶來方便，允許千斤頂在任意位置停留，同時，施工隊伍在短時間內(nèi)對隔斷處進行焊接，盡量減少施工風險。</p><p><b>　　(4)帶載下降</b></p><p>　　帶載下降是在頂升以及后續(xù)的施工全部完成后，將建筑物降回到原始的位置的過程，一般應用于更換橋梁支座的工程。針對此次工程不需要使用此功能，所以在系統(tǒng)中沒有設(shè)計該功能。此過程實質(zhì)上就是頂升過程的

59、逆過程，承受的負載相同，下降方法也相似，只是位移方向相反而已。</p><p>　　2. 1. 2 設(shè)計目標和功能</p><p>　　青島中海油油品1#汽車裝車臺為二層混凝土框架結(jié)構(gòu)，共兩排柱，每排6根，鋼筋砼獨立基礎(chǔ)，屋頂為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，底層柱側(cè)面安裝有部分設(shè)備及管線。由于裝車臺凈空高度不夠，影響裝車，要求整體升高1.2米，基于裝車臺整體升高改造工程的需求，本文在利用現(xiàn)代測量理論和技術(shù)的

60、基礎(chǔ)上，結(jié)合同步頂升理論和控制算法，研究了一套液壓同步頂升控制的設(shè)計方案，完成建筑物同步頂升工作中的承載-頂升-保持的過程。</p><p>　　該系統(tǒng)能全自動完成同步頂升過程，實現(xiàn)位移控制、壓力控制、過程顯示、故障報警、參數(shù)檢測記錄等多種功能；該系統(tǒng)控制精度更高，操作更加簡單，整體安全可靠，同時提供了遠程監(jiān)控的功能，方便專家進行遠程指導、遠程會診。</p><p>　　2. 2 系統(tǒng)總

61、體框架</p><p>　　液壓同步頂升控制系統(tǒng)由PC機、可編程邏輯控制器（PLC）、電液比例減壓閥、壓力傳感器、位移傳感器、現(xiàn)場智能監(jiān)控節(jié)點、液壓設(shè)備及數(shù)據(jù)庫服務器組成。</p><p>　　系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　注：圖中只畫出一個頂升點，即一根支柱的情況，在實際工程中，

62、往往需要多個頂升點，一個頂升點處放置2組千斤頂（外側(cè)千斤頂和內(nèi)側(cè)千斤頂），一個位移傳感器、一個應變片。在滿足液壓泵負載要求的前提下，千斤頂可以通過分配器連接到同一個液壓泵上。</p><p>　　在實際工程中，大型建筑物往往都是體積龐大、重量超重并且分布不均。液壓執(zhí)行機構(gòu)具有功率重量比大，通過管道便可以進行能量分配和能量傳遞，易于實現(xiàn)直線運動等特點，因此對大型建筑物進行頂升一般都采用液壓執(zhí)行機構(gòu)[12]。液壓動力

63、系統(tǒng)由一個或多個液壓泵、電液比例減壓閥、多組千斤頂?shù)葎恿?zhí)行機構(gòu)組成。液壓泵和千斤頂之間由高壓輸油管道連接，液壓泵和千斤頂可以根據(jù)工程實際需要自由配置，進行重構(gòu)使用。在本文的設(shè)計中，每一個頂升點對應有內(nèi)側(cè)和外側(cè)2組千斤頂，2組千斤頂交替頂升可以解決1組千斤頂頂升過程中更換墊塊麻煩的問題。</p><p>　　如圖2-1所示，泵站由可編程控制器PLC對其閥件進行控制，使千斤頂、液壓泵、電液比例減壓閥等按要求動作。主

64、控計算機通過串口通訊向下位機的PLC發(fā)送控制指令，然后由PLC完成對泵站的實時控制；同時，PLC采集各組千斤頂?shù)拈y件狀態(tài)、壓力傳感器和位移傳感器的狀態(tài)值上傳給主控計算機，完成上位機和泵站之間數(shù)據(jù)、指令的雙向?qū)崟r傳輸。</p><p>　　位移傳感器采集到的位移初步處理由可編程控制器PLC完成，比如進行一些對數(shù)據(jù)的放大、縮小等操作來滿足上位機的要求。在對建筑物進行頂升時，位移傳感器放置在建筑物上，直接測量建筑物的位

65、移，而不是測量單個千斤頂?shù)奈灰?，位移傳感器并不屬于某一個千斤頂，而是一組千斤頂共同作用的結(jié)果。主控計算機根據(jù)采集來的位移進行比較、決策，然后向PLC發(fā)送控制指令，控制與位移傳感器相關(guān)聯(lián)的千斤頂動作。</p><p>　　從控計算機主要用來運行建筑物結(jié)構(gòu)分析軟件，貼在牛腿里面的鋼筋上的應變片通過信號線將信息傳回計算機，可以通過電腦來觀察應變片在支柱打斷前、后以及在頂升過程前、中、后的變形情況來分析建筑物整體變形情況

66、。</p><p>　　2. 3 液壓同步頂升控制系統(tǒng)主要電氣原理圖</p><p>　　電氣控制線路是用導線將電動機、電器，儀表等元器件按一定的要求連接起來，并實現(xiàn)某種特定控制要求的電路。電氣控制線路的設(shè)計分為主線路設(shè)計和輔助線路設(shè)計。</p><p>　　主線路是電氣控制線路中大電流通過的部分，包括從電源到電動機之間相連的電器元件，一般由組合開關(guān)﹑主熔斷器﹑接

67、觸器主觸點﹑熱繼電器的熱元件和電動機等組成。圖2-2即為液壓同步頂升控制系統(tǒng)的主回路接線圖。其中FU為保險絲，QF為空氣開關(guān)，KM為接觸器，F(xiàn)R為熱繼電器。輔助線路指的是控制中除主線路以外的線路，其流過的電流比較小。輔助線路包括控制電路﹑照明電路﹑信號電路和保護電路。其中控制電路是由按鈕﹑接觸器和繼電器的線圈及輔助觸點﹑熱繼電器觸點﹑保護電器觸點等組成。</p><p>　　圖2-2 液壓同步頂升控制系統(tǒng)主回路接

68、線圖</p><p>　　2. 4 監(jiān)控模式的選擇</p><p>　　液壓同步頂升控制系統(tǒng)往往應用在建筑物整體移位、建筑模板自動爬升、大型設(shè)備起重安裝等領(lǐng)域,操作對象往往是大型物體，因此施工過程中的安全是一個至關(guān)重要的問題，這就對施工單位的安全施工提出了比較高的要求。一方面要求我們所設(shè)計的系統(tǒng)具有更高的穩(wěn)定性；另一方面可以考慮操作人員及其設(shè)備遠離施工危險區(qū)域。因此我們設(shè)計了兩個方案可供

69、選擇：</p><p>　　方案一：PLC控制系統(tǒng)以及上位機監(jiān)控系統(tǒng)全部安置在施工危險區(qū)域界外，二者之間的通信建立在以RS422標準為基礎(chǔ)的異步雙向通信上的，操作人員在現(xiàn)場操作控制系統(tǒng)；</p><p>　　方案二：PLC控制系統(tǒng)安置在施工危險區(qū)域界外，上位機監(jiān)控系統(tǒng)可以安置在別處，可以在辦公室，也可以在另外一個城市，二者直接通過Internet網(wǎng)絡連接，通過專家人員來遠程遙控整個施工過程

70、。</p><p>　　由于整個系統(tǒng)的操作主要由上位機來完成，因此兩個方案各有利弊，在方案一中，上位機監(jiān)控系統(tǒng)跟PLC控制柜安置在一起，可以進行實時地控制，但是對現(xiàn)場操作人員要求比較高，操作人員必須熟悉整個系統(tǒng)的操作，并且為了能及時地解決現(xiàn)場的突發(fā)問題，因此必須有相關(guān)的專家在現(xiàn)場，但是由于時間、地域等因素，有時侯可能沒有相關(guān)的專家在現(xiàn)場；在方案二中，上位機監(jiān)控系統(tǒng)跟PLC控制柜不在一處，操作人員可以遠程控制整個系

71、統(tǒng)，專家人員也可以提供網(wǎng)上指導，但是考慮到網(wǎng)絡的延遲性等因素，如果現(xiàn)場有什么突發(fā)狀況，控制可能會出現(xiàn)延滯，這樣就提高了工程的危險性。</p><p>　　經(jīng)過我們查找資料、分析研究以及專家人員的指導，我們綜合了兩個方案的優(yōu)點，將上位機監(jiān)控系統(tǒng)跟PLC控制柜安置在現(xiàn)場，二者之間通過以RS422標準為基礎(chǔ)的異步雙向通信，然后上位機通過Internet網(wǎng)絡跟遠程的計算機相連接，這樣就可以在現(xiàn)場進行操作控制，同時專家人員

72、也可以通過網(wǎng)絡觀察整個施工過程，需要的話也可以及時地提供實時的指導。</p><p>　　第三章 灰色預測模糊控制算法</p><p>　　3. 1 控制策略的選擇</p><p>　　液壓控制是液壓技術(shù)領(lǐng)域的一個重要分支，同時它也是自動控制領(lǐng)域的一個重要組成部分，其理論基礎(chǔ)是研究自動控制系統(tǒng)的運動規(guī)律并將其運用于自動控制系統(tǒng)的自動控制理論[13]。目前已知的研究

73、已經(jīng)大體上解決了液壓控制系統(tǒng)本身的理論，近年來的研究大多是傾向于利用計算機對復雜系統(tǒng)（如多變數(shù)液壓系統(tǒng)）、對復雜因素（如非線性、時變等）進行仿真分析的研究，其中大量的研究是圍繞著動態(tài)特性進行的。隨著系統(tǒng)應用目的的多樣化，控制對象也變得愈來愈復雜，大慣量、變參數(shù)、非線性及外部干擾的問題是經(jīng)常遇到的。要使這些系統(tǒng)都能擁有令人滿意的性能，就必須研究系統(tǒng)的性能補償問題與近代的控制策略。</p><p>　　實現(xiàn)液壓同步控

74、制一般主要有開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種基本形式。開環(huán)控制的液壓系統(tǒng)，由于它完全地依靠液壓控制元件本身的精度來控制執(zhí)行元件的同步驅(qū)動，而并不對執(zhí)行元件的輸出進行監(jiān)測與反饋，所以它不能消除或者抑制那些會對高精度同步產(chǎn)生不利影響的因素。液壓同步系統(tǒng)的閉環(huán)控制通過對執(zhí)行元件的輸出量進行檢測與反饋，從而構(gòu)成反饋閉環(huán)控制，在很大程度上消除或抑制了不利因素的影響，獲得了高精度的同步控制[14]。所以液壓同步閉環(huán)控制已經(jīng)越來越得到人們的重視，特別是隨著現(xiàn)代

75、控制理論及計算機控制技術(shù)的發(fā)展，該種控制方式幾乎在所有需要高精度同步控制的液壓系統(tǒng)上都得到了較好的應用。</p><p>　　縱觀當今液壓控制的研究現(xiàn)狀，在現(xiàn)代控制理論研究成果基礎(chǔ)上，近十幾年來提出了多種先進控制策略，并對其相關(guān)理論和應用技術(shù)進行了研究。常見的先進控制策略如下：</p><p><b>　　(1) PID控制</b></p><p&

76、gt;　　在工業(yè)控制過程中，PID控制是歷史最悠久、生命力最強的控制方式[15]。我們今天熟知的PID控制器產(chǎn)生并發(fā)展于20世紀初期，PID控制是一種基于系統(tǒng)誤差的控制方法，通過對誤差的“現(xiàn)在”、“過去”和“未來”信息進行線性組合來確定控制量，自20世紀40年代以來，盡管推出了許多先進的控制方法，但PID控制具有結(jié)構(gòu)簡單、模型誤差的魯棒性好及易于操作等優(yōu)點，至今仍然在液壓控制系統(tǒng)占有一席之地?，F(xiàn)在，我國對PID控制器的應用也非常普遍。&

77、lt;/p><p>　　PID傳遞函數(shù)可表示為：</p><p><b>　　（3-1）</b></p><p>　　其中Kp為比例增益系數(shù)，Ki為積分增益系數(shù)，Kd為微分增益系數(shù)，一般來說，在應用PID技術(shù)控制液壓系統(tǒng)時，參數(shù)的選取有些獨到之處。在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)Kd和Kp兩個參數(shù)即可使液壓機構(gòu)達到最優(yōu)控制的狀態(tài)，積分增益系數(shù)Ki對液壓機構(gòu)的影響不

78、大，一般可以不予考慮。由于PID控制有其固有的缺點，即難以協(xié)調(diào)快速性和無超調(diào)之間的矛盾；在參數(shù)變化和外界干擾的情況下其魯棒性不好等，有時候不能達到理想的控制效果。隨著對系統(tǒng)性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)的PID控制往往不能滿足系統(tǒng)要求，在這種情況下，對傳統(tǒng)的PID控制進行改造，使其適應新的系統(tǒng)要求成為了新的研究熱點。計算機技術(shù)和智能控制理論的發(fā)展為傳統(tǒng)的PID控制提供了新的途徑。采用智能控制技術(shù)，可以將模糊控制與PID控制結(jié)合形成模糊PID控

79、制，智能控制與PID控制結(jié)合形成智能PID控制，基于神經(jīng)網(wǎng)絡的PID控制等，這種復合PID控制能很好的達到控制要求[16]。</p><p>　　(2) 最優(yōu)控制（optimal control,optimum control）</p><p>　　最優(yōu)控制是研究和解決從一切可能的控制方案中尋找最優(yōu)解的一門學科，是現(xiàn)代控制理論的重要組成部分[17]。在20世紀50年代末，龐特里亞金和貝爾曼

80、兩位科學家為最優(yōu)控制做出了奠基性的研究工作。這幾十年來，經(jīng)歷了從經(jīng)典控制理論發(fā)展到現(xiàn)代控制理論，從大系統(tǒng)發(fā)展到智能系統(tǒng)，最優(yōu)控制作為一種有效的控制手段，始終起著重要的作用。</p><p>　　從數(shù)學意義上講，最優(yōu)控制其實是一種求極值的方法，即在一組約束為等式或不等式的條件下，使得目標函數(shù)取極值，即最大值或最小值。最優(yōu)控制問題實質(zhì)上是動態(tài)過程的優(yōu)化過程，如最小時間控制、最佳調(diào)節(jié)器設(shè)計及H∞最優(yōu)控制等都屬于最優(yōu)控制

81、問題。這類問題的解是以狀態(tài)變量作為函數(shù)的控制量，特別是當假設(shè)時間域為無限大的情況下，可以用Riccati代數(shù)方程式來求得最優(yōu)解，最優(yōu)控制量則由時不變狀態(tài)反饋增益來實現(xiàn)。</p><p>　　(3) 自適應控制（Adaptive Control）</p><p>　　自適應控制是一種采用自動方法改變或影響控制參數(shù)，以補償被控過程的特性以及運行條件的變化，改善控制系統(tǒng)性能的控制方法。它將已知控

82、制對象特性的模型辨識和根據(jù)已知特性決定控制量的控制規(guī)律設(shè)計這兩方面的問題結(jié)合在一起考慮，是一種新型的控制方法。</p><p>　　自上世紀五十年代末期由美國麻省理工學院提出第一個自適應控制系統(tǒng)以來，先后出現(xiàn)了許多形式完全不同的自適應控制系統(tǒng)[18]。1974年吉爾巴特和溫斯頓（Gilbart and Winston）在24in的光學跟蹤望遠鏡中利用模型參考自適應控制把跟蹤精度提高了五倍以上；1984年J.V.A

83、merogen等人使用自適應自動駕駛儀替代了原來大型油輪和海洋考察船舶通用的PID調(diào)節(jié)器，實踐證明船舶在復雜變化的隨即環(huán)境下依舊能準確、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟地運行[19]。</p><p>　　目前自適應控制理論的研究方向有：</p><p>　　1).自適應控制的收斂性 在預先給定的條件下，一個自適應算法能夠收斂達到預期目標，并且保證系統(tǒng)的所有變量在次收斂過程中都有界。目前，關(guān)于非線性系統(tǒng)

84、自適應控制算法收斂性的研究結(jié)果還比較少，很不系統(tǒng)，與應用要求還有較大的差距。</p><p>　　2).自適應控制的穩(wěn)定性 在外界干擾的影響下，自適應控制系統(tǒng)的狀態(tài)、輸入、輸出和參數(shù)等的界限問題[20]。</p><p>　　3).自適應控制的魯棒性 魯棒性是指當系統(tǒng)存在動態(tài)特性、過程噪聲、隨機擾動的情況下，系統(tǒng)仍能保持穩(wěn)定性和必要的動態(tài)性能。過程噪聲和隨機擾動能使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生時變以及

85、漂移，從而導致自適應控制系統(tǒng)變的不穩(wěn)定，特別當系統(tǒng)存在未建模動態(tài)特性時，有可能使自適應控制系統(tǒng)喪失穩(wěn)定性。</p><p>　　(4) 變結(jié)構(gòu)控制（Variable Structure Control）</p><p>　　控制對象的復雜程度日漸增加，系統(tǒng)運行環(huán)境因時而異，在進行控制系統(tǒng)設(shè)計時，又不可避免地會遇到不確定性模型，研究人員不得不在穩(wěn)定性與動態(tài)性能之間作出某種協(xié)調(diào)，以確?？刂葡到y(tǒng)

86、既具有較強的穩(wěn)定性，又能獲得較高的動態(tài)品質(zhì)。20世紀50年代由前蘇聯(lián)學者歐曼爾揚諾夫（S.V.Emelyanov）提出了變結(jié)構(gòu)控制方案，成功地為不確定性系統(tǒng)提供了一套有效的綜合控制方法。“變結(jié)構(gòu)”一詞意味著控制器的結(jié)構(gòu)可能會發(fā)生變化，其基本原理在于：當系統(tǒng)狀態(tài)穿越狀態(tài)空間的滑動超平面時，反饋控制的結(jié)構(gòu)就發(fā)生變化，從而使系統(tǒng)性能達到某個期望指標（1977年由V.I.Utkin提出）[20]。變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)能夠通過控制器本身結(jié)構(gòu)的變化，使得

87、系統(tǒng)性能保持著優(yōu)于一般固定結(jié)構(gòu)控制的性能，突破了經(jīng)典線性控制系統(tǒng)的品質(zhì)限制，較好地解決了動態(tài)性能指標與靜態(tài)性能指標之間的矛盾。變結(jié)構(gòu)控制已經(jīng)成為新型控制技術(shù)的一個重要分支，從廣義上講，變結(jié)構(gòu)控制在多數(shù)情況下指的是滑膜控制，如開關(guān)控制、多模態(tài)控制等都屬于變結(jié)構(gòu)控制。變結(jié)構(gòu)控制的缺點就是系統(tǒng)存在抖動—非線性引起的自振，因此，如何消除其中的“抖振”現(xiàn)象，是變結(jié)構(gòu)控制的一個重要的研究課題。</p><p>　　(5) 魯

88、棒控制（Robust Control）</p><p>　　魯棒性是指控制系統(tǒng)在未建模動態(tài)特性、過程噪聲、隨機擾動的情況下，仍然能夠維持某些性能的特性。根據(jù)對性能的不同定義，可以分為穩(wěn)定魯棒性和性能魯棒性。魯棒控制方面的研究始于20世紀50年代，由于工作狀況變動、外部干擾以及建模誤差的緣故，實際工業(yè)過程的精確模型很難得到，而系統(tǒng)的各種故障也將導致模型的不確定性，因此如何設(shè)計一個固定的控制器，使具有不確定性的對象滿

89、足控制品質(zhì)，也就是魯棒控制，成為國內(nèi)外科研人員的研究課題。魯棒控制這一概念，最早是分別于1972年和1974年由E.J.Davison以及J.B.Pearson等人提出。魯棒控制是研究當系統(tǒng)有一定范圍的參數(shù)不確定性及一定限度的未建模誤差時的控制器設(shè)計問題，使系統(tǒng)閉環(huán)仍能保持穩(wěn)定并保證期望的動態(tài)品質(zhì)。</p><p>　　魯棒控制的主要理論有：1）Kharitonov定理；2）Zames的H∞控制理論；3）Doyl

90、e提出的結(jié)構(gòu)奇異理論（μ理論）。</p><p>　　魯棒控制的主要研究方法有：1）研究對象是閉環(huán)系統(tǒng)的狀態(tài)矩陣或特征多項式的代數(shù)方法；2）從系統(tǒng)傳遞函數(shù)或傳遞函數(shù)矩陣出發(fā)的頻域法[21]。</p><p>　　在過去的幾十年，H∞控制理論得到了很大的發(fā)展，但是依然存在著不少問題，如非線性H∞控制的研究還沒有比較完備的結(jié)果，在解決魯棒問題的同時不能滿足其他的性能要求（如二次指標最小等）。在

91、液壓控制中，H∞控制理論已經(jīng)有了不少應用性的研究，但在實際生產(chǎn)中應用卻還比較少，有待繼續(xù)努力。</p><p>　　(6) 模型預測控制（Model Predictive Control）</p><p>　　模型預測控制亦稱預測控制，是一種基于模型的先進控制策略，最早出現(xiàn)在20世紀70年代中后期，其主要特征是：[21]以預測模型為基礎(chǔ)，采用二次型在線滾動優(yōu)化性能指標與反饋校正的策略，來克

92、服受控對象建模誤差、參數(shù)和環(huán)境不確定性因素的影響，有效地彌補了現(xiàn)代控制理論對復雜受控對象所無法避免的不足之處，具有控制效果好、魯棒性強等優(yōu)點，并能方便地處理被控變量和操縱變量中的各種約束。</p><p>　　模型預測控制的基本結(jié)構(gòu)模式主要有三種：1）以非參數(shù)模型為預測模型的預測控制算法；2）與經(jīng)典自適應相結(jié)合的一類長程預測控制算法；3）基于結(jié)構(gòu)設(shè)計不同的另一類預測控制算法。</p><p&g

93、t;　　預測控制目前算法繁多，但歸納起來，它的任何算法形式都包括了預測模型、參考軌跡、在線校正、目標函數(shù)性能指標、在線滾動優(yōu)化等五個方面。預測控制的主要特點如下：</p><p>　　1）預測模型的多樣性 從原理上講，只要是具有預測功能的受控對象模型，無論采用什么描述形式和建模方法，都可以作為預測模型。</p><p>　　2）滾動優(yōu)化的時變性 預測控制采用的是在有限時域內(nèi)的滾動優(yōu)化策

94、略，即在每一時刻，采用對未來充分長時間內(nèi)的理想優(yōu)化和包含系統(tǒng)存在的時變、不確定性、局域優(yōu)化相兼顧的目標函數(shù)[21]。</p><p>　　3）在線校正的魯棒性 在預測控制中，把系統(tǒng)輸出的動態(tài)預估問題分為預測模型的輸出預測和基于偏差的預測校正兩部分。預測模型僅僅只是對動態(tài)特性的粗略描述，不可能完全包括實際系統(tǒng)存在的非線性、時變性、模型失配與隨機干擾等因素，因此預測模型與系統(tǒng)輸出必然存在偏差，對這種偏差進行在線校正

95、，構(gòu)成具有負反饋的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，就可以提高預測控制系統(tǒng)的魯棒性。</p><p>　　灰色預測控制是將控制理論與灰色系統(tǒng)理論相結(jié)合的一種新型控制方法?；疑A測控制通過研究系統(tǒng)的現(xiàn)有信息來尋找系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)律，從而就可以按規(guī)律來預測系統(tǒng)未來發(fā)展的信息，這樣就可以根據(jù)系統(tǒng)未來發(fā)展的信息趨勢來決定相應的控制策略進行預測控制，做到了及時控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢并能防患于未然，提高系統(tǒng)的適應能力?；疑A測控制屬于超前控制，區(qū)別于屬于事

96、后控制的傳統(tǒng)控制方法，為控制理論的更新提出了一類新機制[22]?；疑A測控制最大的優(yōu)勢在于它并不需要被控系統(tǒng)的精確模型，同時它需要的原始數(shù)據(jù)也較少，計算簡單。從灰色預測控制實現(xiàn)的控制結(jié)構(gòu)上可大致分為兩類：一類是在傳統(tǒng)的PID反饋控制中加入灰色預測模塊[23~25]；另一類是將灰色預測與模糊控制相結(jié)合形成灰色預測模糊控制[26]。因為預測的過程中存在誤差是不可避免地，當誤差較大時會對系統(tǒng)產(chǎn)生不利的影響，所以應根據(jù)預測精度來調(diào)整預測值在系統(tǒng)

97、中的作用。</p><p>　　(7) 智能控制（Intelligent Control）</p><p>　　智能控制指在無人干預的情況下能自主地驅(qū)動智能機器實現(xiàn)控制目標的自動控制技術(shù)。智能控制理論是現(xiàn)代控制理論在深度和廣度上的拓展，是控制理論發(fā)展的一個嶄新階段，是控制系統(tǒng)分析、設(shè)計和應用實踐的需要，也是人工智能與控制理論，以及控制論和工程控制論等學科發(fā)展的必然結(jié)果[27]。與經(jīng)典控制理

98、論和現(xiàn)代控制理論相比，智能控制系統(tǒng)的設(shè)計在高層控制上[28]。其中神經(jīng)網(wǎng)絡控制和模糊控制是智能控制理論中最具有代表性的控制理論。</p><p>　　神經(jīng)網(wǎng)絡控制（Neural Network Control）是基于神經(jīng)網(wǎng)絡的控制，簡稱神經(jīng)控制，是實現(xiàn)智能控制的一種重要形式，最早由心理學家Mcculloch和數(shù)學家Pitss在20世紀40年代合作提出。神經(jīng)網(wǎng)絡控制是使用人工神經(jīng)元網(wǎng)絡作為控制器來對被控系統(tǒng)進行學習

99、、訓練和控制。它具有對非線性函數(shù)逼近、大規(guī)模并行處理、學習、尋優(yōu)和自適應、自組織等能力[21]。神經(jīng)網(wǎng)絡控制有效地解決了長期困擾控制界的非線性系統(tǒng)和不確定性系統(tǒng)的問題，在液壓控制領(lǐng)域得到了廣泛的應用。目前關(guān)于神經(jīng)網(wǎng)絡的研究仍然還存在著一些問題，如學習算法收斂速度太低、許多情況下存在局部最優(yōu)、需要研究建模算法和控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和收斂性等，所以需要將神經(jīng)網(wǎng)絡與其他控制方法有機的結(jié)合起來[29]，才能擁有更好的發(fā)展前景。</p>

100、<p>　　模糊控制（Fuzzy Control）是一種利用模糊數(shù)學的基本思想和理論的控制方法。隨著控制系統(tǒng)越來越復雜，由于變量太多，往往很難描述出較精確的動態(tài)模型，繼續(xù)使用傳統(tǒng)的控制方法就很難達成理想的控制效果。1965年，美國學者L.A.Zadeh首先提出了模糊控制理論。模糊控制是以模糊數(shù)學為基礎(chǔ)，用語言規(guī)則表示方法和先進的計算機技術(shù)，由模糊推理進行判決的一種高級控制策略[30]。在模糊控制中，首先將精確量轉(zhuǎn)化為的模糊信

101、息輸入到模糊控制器中，然后按照模糊控制規(guī)則進行模糊推理，最后給出模糊輸出判決，將其轉(zhuǎn)化為精確量對被控對象進行控制。在數(shù)學方程很難建立，其他經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論不太奏效的場合中，模糊控制實現(xiàn)了比較理想的控制。</p><p>　　近年來將不同的控制方法結(jié)合起來，發(fā)揮各自的長處，形成了新的控制方法。如模糊PID控制、智能PID控制、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制、模糊預測控制等，這種復合式控制方法有利于揚長避短，能很好的達到

102、控制要求。</p><p>　　在液壓同步頂升控制系統(tǒng)中，通過對電液比例減壓閥出口壓力的精確控制，實現(xiàn)建筑物的平穩(wěn)頂升。由于電液比例減壓閥存在滯環(huán)、死區(qū)等非線性因素，且液壓系統(tǒng)受溫度、負載等參數(shù)變化的影響較大，控制策略選擇的好壞對系統(tǒng)性能的影響至關(guān)重要[31]?？紤]到這些非線性、動態(tài)、多變量耦合、不確定性等因素，很難建立一個精確的數(shù)學模型，故采用模糊控制算法來進行該系統(tǒng)控制算法的設(shè)計，同時為了解決基于模糊控制算法

103、設(shè)計的系統(tǒng)響應時間長的問題，將模糊控制與灰色預測控制相結(jié)合，由于有灰色預測環(huán)節(jié)的加入，可以提前預知一個或幾個采樣周期之后的輸出值，提前采取適當動作，可以縮短系統(tǒng)響應時間，得到較高的控制精度。</p><p>　　3. 2 模糊控制</p><p>　　3. 2. 1 模糊控制的概念和發(fā)展</p><p>　　控制論的創(chuàng)始人維納教授在談到人勝過最完善的機器時說過：

104、“人具有運用模糊概念的能力”。它清楚地揭示了電腦與人腦之間存在著本質(zhì)的區(qū)別，電腦是對人類已經(jīng)確知的經(jīng)驗的模擬，而人腦主要在于判斷和處理模糊現(xiàn)象?！熬_”和“模糊”是一對相對的概念。不確定性主要分為兩種：模糊性和隨機性。不確定性的一種表現(xiàn)就是模糊性，它普遍存在于人類思維和語言交流中。不確定性的另一種表現(xiàn)就是隨機性，它則是客觀存在的。這兩者雖然都具有不確定性的特點，但是卻有著本質(zhì)的區(qū)別：模糊性主要體現(xiàn)在人針對概念外延主觀認識的不確定性；而隨

105、機性是對事件或行為發(fā)生與否的不確定性，表達了客觀上的自然的不確定性[32]。</p><p>　　模糊數(shù)學和模糊邏輯經(jīng)過短短幾十年的發(fā)展，其理論和應用的研究就已取得了碩果累累。尤其是在自動控制領(lǐng)域，因為模糊邏輯的實際應用成功的多米諾骨牌效應引起了學術(shù)界和工業(yè)界對模糊控制理論和方法的廣泛關(guān)注[32]。自從美國加利福尼亞大學教授Zadeh提出了分解定理和擴展原則，人們以此為基礎(chǔ)并在模糊理論研究方面完善模糊數(shù)學理論，且

106、已有大量的成果問世。各種關(guān)于模糊理論的組織和期刊相繼開辦。1978年，國際性期刊Fuzzy Sets and Systems（模糊集與系統(tǒng)）誕生；1984年，國際模糊系統(tǒng)協(xié)會（IFSA）成立；1989年，日本20家大公司集資30億日元成立了國際模糊工程研究所，制定了模糊數(shù)學和模糊技術(shù)研究開發(fā)的長遠規(guī)劃，以保持日本在這個領(lǐng)域的競爭能力；我國從70年代初起也開始了模糊數(shù)學理論與應用方面的研究，并取得了很多成果。在模糊邏輯的應用方面更是富有成