控制策略標(biāo)準(zhǔn)

控制策略標(biāo)準(zhǔn)（Control Performance Standard，CPS）

目前我國(guó)許多互聯(lián)電網(wǎng)區(qū)域聯(lián)絡(luò)線(xiàn)控制中通常采用的是傳統(tǒng)的A1、A2控制策略。其中A1要求ACE（Area Control Error）每10min過(guò)零一次，因此機(jī)組調(diào)節(jié)頻繁。在系統(tǒng)發(fā)生事故時(shí)，有些電廠(chǎng)由于調(diào)速器的一次調(diào)頻作用自動(dòng)增、減出力而受到不合理的考核，從而降低了ACE的偏差控制有利于系統(tǒng)頻率恢復(fù)的作用。

隨著研究的深入，逐步推出了新的更有效、更科學(xué)的聯(lián)絡(luò)線(xiàn)控制模式。北美電氣可靠性委員會(huì)（NERC）在1996年推出了適應(yīng)于互聯(lián)電網(wǎng)AGC控制的CPS。CPS是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)方法導(dǎo)出的。美國(guó)從1998年初開(kāi)始采用CPS，實(shí)現(xiàn)控制區(qū)域內(nèi)機(jī)組的最優(yōu)控制，同時(shí)調(diào)整電網(wǎng)頻率，對(duì)事故頻率的恢復(fù)起到了良好效果，減少了控制區(qū)內(nèi)機(jī)組調(diào)整的頻度，充分發(fā)揮了互聯(lián)電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)。

與本土化策略相對(duì)，許多學(xué)者與執(zhí)行者認(rèn)為營(yíng)銷(xiāo)策略以全球標(biāo)準(zhǔn)化可以獲得重大的利益。事實(shí)上，部分人士建議采取極端的策略：以相同價(jià)格在同樣的通路提供相同的產(chǎn)品，并以相同的銷(xiāo)售與促銷(xiāo)計(jì)劃在全球支援這些商品。國(guó)際產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化策略是指企業(yè)向全世界不同國(guó)家或地區(qū)的所有市場(chǎng)都提供相同的產(chǎn)品。而實(shí)施產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化策略的前提是市場(chǎng)全球化。

過(guò)去的研究顯示在其他情況相同時(shí)，企業(yè)通常會(huì)選擇標(biāo)準(zhǔn)化。對(duì)此課題的研究，大多支持在外國(guó)市場(chǎng)的營(yíng)銷(xiāo)策略進(jìn)行部分或全部標(biāo)準(zhǔn)化。舉例而言，品牌名稱(chēng)、產(chǎn)品特征以及包裝的標(biāo)準(zhǔn)化程度可能極高?？鐕?guó)企業(yè)在發(fā)展中國(guó)家銷(xiāo)售的商品有超過(guò)一半是來(lái)自于母公司所在的市場(chǎng)。在樣本中，6l個(gè)子公司銷(xiāo)售的2200種商品中有1200種是在美國(guó)或英國(guó)中發(fā)展出來(lái)的。也正因?yàn)榇?，?biāo)準(zhǔn)化被稱(chēng)為技術(shù)創(chuàng)新體系的軸心。

支持標(biāo)準(zhǔn)化的觀點(diǎn)是出于以下原因：成本的節(jié)省、發(fā)展全球商品并達(dá)成較佳的營(yíng)銷(xiāo)績(jī)效。

1、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化策略可使企業(yè)實(shí)行規(guī)模經(jīng)濟(jì)，大幅度降低產(chǎn)品研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售等各個(gè)環(huán)節(jié)的成本而提高利潤(rùn)。

2、在全球范圍內(nèi)銷(xiāo)售標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品有利于樹(shù)立產(chǎn)品在世界上的統(tǒng)一形象，強(qiáng)化企業(yè)的聲譽(yù)，有助于消費(fèi)者對(duì)企業(yè)產(chǎn)品的識(shí)別，從而使企業(yè)產(chǎn)品在全球享有較高的知名度。3、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化還可使企業(yè)對(duì)全球營(yíng)銷(xiāo)進(jìn)行有效的控制。國(guó)際市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)的地理范圍較國(guó)內(nèi)營(yíng)銷(xiāo)擴(kuò)大了，如果產(chǎn)品種類(lèi)較多，則每個(gè)產(chǎn)品所能獲得的營(yíng)銷(xiāo)資源相對(duì)較少，難以進(jìn)行有效的控制。產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化一方面降低了營(yíng)銷(xiāo)管理的難度，另一方面集中了營(yíng)銷(xiāo)資源，企業(yè)可以在數(shù)量較少的產(chǎn)品上投入相對(duì)的豐裕的資源，對(duì)營(yíng)銷(xiāo)活動(dòng)的控制力更強(qiáng)。

4、隨著科學(xué)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)實(shí)踐的進(jìn)展，標(biāo)準(zhǔn)化是一個(gè)不斷演進(jìn)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程體現(xiàn)了科技創(chuàng)新的演進(jìn)，標(biāo)準(zhǔn)化與知識(shí)產(chǎn)權(quán)結(jié)合有助于推動(dòng)自主創(chuàng)新，標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)一步與AIP“三驗(yàn)”結(jié)合帶動(dòng)開(kāi)放創(chuàng)新。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化以及相關(guān)技術(shù)政策的實(shí)施，可以整合和引導(dǎo)社會(huì)資源，激活科技要素，推動(dòng)自主創(chuàng)新與開(kāi)放創(chuàng)新，加速技術(shù)積累、科技進(jìn)步、成果推廣、創(chuàng)新擴(kuò)散和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

總之，跨越國(guó)界的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化可降低成本，諸如：研發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與包裝之類(lèi)的成本重復(fù)。此外，標(biāo)準(zhǔn)化亦可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)規(guī)模。而且，標(biāo)準(zhǔn)化可以在處理顧客與產(chǎn)品設(shè)計(jì)上達(dá)成一致性。產(chǎn)品風(fēng)格的一致性——特色、設(shè)計(jì)、品牌名稱(chēng)、包裝均應(yīng)建立產(chǎn)品全球一致的共同印象，以協(xié)助整體銷(xiāo)售量的增加。舉例而言，熟悉某種品牌的顧客可能會(huì)在海外購(gòu)買(mǎi)同樣的品牌。產(chǎn)品因?yàn)楦鞯芈糜伪憷约按蟊妭鞑ザ谌蚱毓?，而這更需要由標(biāo)準(zhǔn)化達(dá)成一致性，因此標(biāo)準(zhǔn)化可能要求在一個(gè)國(guó)家中成功的產(chǎn)品在其他類(lèi)似的國(guó)家與競(jìng)爭(zhēng)條件下有良好的表現(xiàn)。最后，標(biāo)準(zhǔn)化作為面向創(chuàng)新2.0的科技創(chuàng)新體系的重要支撐，以及技術(shù)創(chuàng)新體系、知識(shí)社會(huì)環(huán)境下技術(shù)2.0的重要軸心，對(duì)推動(dòng)科技創(chuàng)新，提升全球競(jìng)爭(zhēng)力有著關(guān)鍵性作用。

設(shè)計(jì)機(jī)器人力控制結(jié)構(gòu)，處理力和位置控制二者之間的關(guān)系，也就是機(jī)器人柔順控制之策略，為主動(dòng)柔順控制研究中的首要問(wèn)題.有關(guān)力控制的研究首先集中于此，都是從不同的角度對(duì)控制策略進(jìn)行闡述，雖然觀點(diǎn)各異，但從機(jī)器人實(shí)現(xiàn)依從運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)來(lái)看，一般可歸結(jié)為4大類(lèi)：阻抗控制策略、力/位混合控制策略、自適應(yīng)控制策略和智能控制策略。

柔順控制阻抗控制

其特點(diǎn)是不直接控制機(jī)器人與環(huán)境的作用力，而是根據(jù)機(jī)器人端部的位置(或速度)和端部作用力之間的關(guān)系，通過(guò)調(diào)整反饋位置誤差、速度誤差或剛度來(lái)達(dá)到控制力的目的，此時(shí)接觸過(guò)程的彈性變形尤為重要，因此也有人狹義地稱(chēng)為柔順性控制。此中以Whitney, Salisbury, Hogan,Kazarooni等人的工作具有代表性。并且Maples和Becker進(jìn)行了總結(jié)：這類(lèi)力控制不外乎基于位置和速度的兩種基本形式。當(dāng)把力反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換為位置調(diào)整量時(shí)，這種力控制稱(chēng)為剛度控制當(dāng)把力反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換為速度修正量時(shí)，這種力控制稱(chēng)為阻尼控制當(dāng)把力反饋信號(hào)同時(shí)轉(zhuǎn)換為位置和速度的修正量時(shí)，即為阻抗控制。阻抗控制結(jié)構(gòu)，其核心為力運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換矩陣K設(shè)計(jì)，運(yùn)動(dòng)修正矩陣似WX=K F，從力控角度，希望K陣中元素越大越好，則系統(tǒng)柔一些；從位控來(lái)看，希望K中元素越小越好，則系統(tǒng)剛一些。從而也體現(xiàn)了機(jī)器人剛?cè)嵯酀?jì)要求的矛盾，這也給機(jī)器人力控制帶來(lái)了極大的困難。

柔順控制力/位混合控制

從具有代表性的Mason, Paul和Mills等人的研究可以看出力/位混合控制的提出有一個(gè)過(guò)程。

機(jī)器人力控制的最佳方案：以獨(dú)立的形式同時(shí)控制力和位置，理論上機(jī)器人力自由空間和位置自由空間是兩個(gè)互補(bǔ)正交子空間，在力自由空間進(jìn)行力控制，而在剩余的正交方向上進(jìn)行位置控制。此時(shí)的約束環(huán)境被當(dāng)作不變形的幾何問(wèn)題考慮，也有人狹義地稱(chēng)為約束運(yùn)動(dòng)控制。

Mason于1979年最早提出同時(shí)非矛盾地控制力和位置的概念和關(guān)節(jié)柔順的思想，他的方法是對(duì)機(jī)器人的不同關(guān)節(jié)根據(jù)具體任務(wù)要求分別獨(dú)立地進(jìn)行力控制和位置控制，明顯有一定局限性。1981年Raibert和Craig在Mason的基礎(chǔ)上提出了力/位混合控制，即通過(guò)雅可比矩陣將作業(yè)空間任意方向的力和位置分配到各個(gè)關(guān)節(jié)控制器上，可這種方法計(jì)算復(fù)雜。為此H. Zhang等人提出了把操作空間的位置環(huán)用等效的關(guān)節(jié)位置環(huán)代替的改進(jìn)方法。但必須根據(jù)精確的環(huán)境約束方程來(lái)實(shí)時(shí)確定雅可比矩陣并計(jì)算其坐標(biāo)系，要實(shí)時(shí)地用反映任務(wù)要求的選擇矩陣來(lái)決定力和位控方向。總之，力/位混合控制理論明確但付諸實(shí)施難。下圖為力/位混合控制結(jié)構(gòu)。

柔順控制自適應(yīng)控制策略

力控制目的是為了有效控制力和位置。但機(jī)器人為多自由度、時(shí)變和強(qiáng)耦合的復(fù)雜體，系統(tǒng)本身的位姿隨時(shí)而變，加上外部環(huán)境存在極大的模糊性，有時(shí)無(wú)法確定。上述兩種策略廣義上屬于經(jīng)典控制的范疇，為力控制研究發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，但從適用范圍和控制效果看仍有不足，更無(wú)法使其推廣應(yīng)用。機(jī)器人本身的多自由度和位姿的不確定性，力和位置強(qiáng)耦合的力控制特點(diǎn)，以及阻抗控制和力/位混合控制策略的局限性，決定了眾多學(xué)者進(jìn)行自適應(yīng)研究嘗試的必然性。具有代表性的是：Chung Jack G H , Leininger Gay G 直接在多任務(wù)坐標(biāo)系統(tǒng)中，用學(xué)習(xí)進(jìn)行重力、動(dòng)摩擦力和柔順?lè)醋饔昧ρa(bǔ)償，以插孔為目標(biāo)，進(jìn)行自適應(yīng)實(shí)驗(yàn)；KucTae-Yong, Lee Jin S , Park ByungHyun采用自適應(yīng)學(xué)習(xí)的混合控制方法，進(jìn)行了約束運(yùn)動(dòng)控制嘗試，在逆動(dòng)力學(xué)求解、收斂性及抗干擾方面獲得滿(mǎn)意的效果。NicolettiGuy M 用Lyapunov穩(wěn)定理論，針對(duì)約束運(yùn)動(dòng)，對(duì)模型參考自適應(yīng)PID控制的穩(wěn)定性條件和判據(jù)進(jìn)行了研究。另外，針對(duì)機(jī)器人力控制特點(diǎn)眾多學(xué)者進(jìn)行了變結(jié)構(gòu)力控制嘗試.從現(xiàn)有的成果來(lái)看，自適應(yīng)控制和變結(jié)構(gòu)控制大部分處于理論研究和仿真實(shí)現(xiàn)的水平，并沒(méi)有取得突破。

柔順控制智能控制新策略

上述3種控制策略，存在一個(gè)共同的建模難題.就機(jī)器人本身來(lái)講，時(shí)變、強(qiáng)耦合以及不確定性給機(jī)器人控制帶來(lái)了困難.再加上力反饋的輸入，更增加了建模的難度.從現(xiàn)有的研究成果來(lái)看，上述3種策略各有優(yōu)缺點(diǎn)但大多處于理論探索和仿真階段，無(wú)法尋找徹底解決機(jī)器人力控制問(wèn)題。另外機(jī)器人研究已進(jìn)入智能化階段，決定了機(jī)器人智能力控制策略出現(xiàn)的必然性。具有代表性的研究：Connolly Thomash.等將多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于力拉混合控制，根據(jù)檢測(cè)到的力和位置由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算選擇矩陣和人為約束，并進(jìn)行了插孔實(shí)驗(yàn)；日本的福田敏男等用4層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造了神經(jīng)伺服控制器，進(jìn)行了細(xì)針刺紙實(shí)驗(yàn)，能將力控制到不穿破紙的極小范圍。此后不久，又將之用于碰撞試驗(yàn)，取得了一定的成果，但機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，針對(duì)性強(qiáng)，尚缺少普遍性；Xu Yangsheng等提出了主動(dòng)柔順和被動(dòng)柔順相結(jié)合的觀點(diǎn)，研制了相應(yīng)的機(jī)械腕，采用模糊控制的方法，實(shí)施插孔。從研究成果來(lái)看，智能控制仍處于起步階段，尚未形成獨(dú)立的控制策略，僅僅將智能控制原理如模糊和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論對(duì)以往研究中無(wú)法解決的難題進(jìn)行新的嘗試，仍具有一定的局限性。

從機(jī)器人力控制的特點(diǎn)來(lái)看，它是在模擬人的力感知的基礎(chǔ)上進(jìn)行的控制，因而智能控制具有很強(qiáng)的研究?jī)r(jià)值。有人詳細(xì)分析了各種各樣的研究方法，提出了基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能“力/位并環(huán)”的控制策略。

智能力拉并環(huán)控制結(jié)構(gòu)的基本原理如圖所示。將力控制大系統(tǒng)分解成子系統(tǒng)，將力拉并行輸入，利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行綜合，輸出為位置量。這樣，并不改動(dòng)機(jī)器人的位置伺服系統(tǒng)，可以充分利用原機(jī)器人的優(yōu)良位置控制性能。另外還有其他特點(diǎn)：

1)它既具有阻抗控制的優(yōu)點(diǎn)又具有力/位混合控制的特點(diǎn)；

2)具有聯(lián)想記憶的功能，容錯(cuò)、糾錯(cuò)、自學(xué)習(xí)和自組織為此一大特色。尤其，該策略的學(xué)習(xí)功能明顯優(yōu)于自適應(yīng)學(xué)習(xí)；

3)擁有知識(shí)庫(kù)一一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各神經(jīng)元之間的聯(lián)接權(quán)值.能根據(jù)輸入力和位置的模糊劃分，自行進(jìn)行匹配，選擇相應(yīng)的權(quán)值；

4)無(wú)須進(jìn)行建模，適用范圍廣，且實(shí)時(shí)性強(qiáng)。