最小能耗控制系統(tǒng)

介紹

能在指定時(shí)間內(nèi)以最少的能量消耗完成規(guī)定控制作用的最優(yōu)控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各類(lèi)工程實(shí)際問(wèn)題中。例如，對(duì)直流他激電機(jī)施加反向電流進(jìn)行制動(dòng)，要求在指定時(shí)間內(nèi)把電機(jī)控制到完全停轉(zhuǎn)，并使控制過(guò)程中消耗的電能為最少。這種控制問(wèn)題就可采用最小能耗控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。用開(kāi)環(huán)方式構(gòu)成的最小能耗控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)通過(guò)計(jì)算提供每一時(shí)刻的各個(gè)最優(yōu)控制變量的函數(shù)值，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大和功率放大驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)被控對(duì)象以最小能耗方式進(jìn)行控制。

線(xiàn)性被控對(duì)象的最小能耗控制問(wèn)題通常采用極大值原理來(lái)求解。設(shè)被控對(duì)象的狀態(tài)方程和初始狀態(tài)（見(jiàn)狀態(tài)空間法）為

夶(t)=Ax(t) Bu(t)

x(0)=x0

式中A和B是由被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)所決定的系數(shù)矩陣，x(t)是狀態(tài)向量,u(t)是控制向量；控制向量u(t)的各個(gè)分量滿(mǎn)足下面的約束：

-Mi≤ui(t)≤ Mi　(i=1,2,…,m)

則使被控對(duì)象在指定時(shí)刻τ達(dá)到終態(tài)x(τ)=0,并使表示耗能值的性能指標(biāo)取極小值的最優(yōu)控制向量u*(t)必須具有如下的形式：式中λj(t)(j=1,2,…,n)是系統(tǒng)的協(xié)態(tài)變量。最優(yōu)控制向量u*(t)是協(xié)態(tài)變量λ(t)的非線(xiàn)性函數(shù)(飽和特性)。在最小能耗控制系統(tǒng)的構(gòu)成中，為了求解最優(yōu)控制向量u*(t),需要在系統(tǒng)開(kāi)始工作之前事先解出λ(t)，并存入計(jì)算機(jī)。

參考書(shū)目

A.P.Sage，C.C.White:Optimum　Systems　Control,2nd　ed.，Prentice-Hall，Inc.，Englewood　Cliffs, New Jersey,1977.2100433B

能在指定時(shí)間內(nèi)以最少的能量消耗完成規(guī)定控制作用的最優(yōu)控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各類(lèi)工程實(shí)際問(wèn)題中。例如，對(duì)直流他激電機(jī)施加反向電流進(jìn)行制動(dòng)，要求在指定時(shí)間內(nèi)把電機(jī)控制到完全停轉(zhuǎn)，并使控制過(guò)程中消耗的電能為最少。這種控制問(wèn)題就可采用最小能耗控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。下圖1是用開(kāi)環(huán)方式構(gòu)成的最小能耗控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)通過(guò)計(jì)算提供每一時(shí)刻的各個(gè)最優(yōu)控制變量的函數(shù)值，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大和功率放大驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)被控對(duì)象以最小能耗方式進(jìn)行控制。

線(xiàn)性被控對(duì)象的最小能耗控制問(wèn)題通常采用極大值原理來(lái)求解。設(shè)被控對(duì)象的狀態(tài)方程和初始狀態(tài)（見(jiàn)狀態(tài)空間法）為

λ（t）=Ax（t） Bu（t）

x（0）=x0

式中A和B是由被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)所決定的系數(shù)矩陣，x（t）是狀態(tài)向量，u（t）是控制向量；控制向量u（t）的各個(gè)分量滿(mǎn)足下面的約束：

-Mi≤ui（t）≤ Mi?。╥=1，2，…，m）

則使被控對(duì)象在指定時(shí)刻τ達(dá)到終態(tài)x（τ）=0，并使表示耗能值的性能指標(biāo)

取極小值的最優(yōu)控制向量u*（t）必須具有如下的形式：

式中λj（t）（j=1，2，…，n）是系統(tǒng)的協(xié)態(tài)變量。最優(yōu)控制向量u*（t）是協(xié)態(tài)變量λ（t）的非線(xiàn)性函數(shù)（飽和特性）。在最小能耗控制系統(tǒng)的構(gòu)成中，為了求解最優(yōu)控制向量u*（t），需要在系統(tǒng)中設(shè)定被控對(duì)象的協(xié)態(tài)變量方程。

中央空調(diào)的能耗主要由三個(gè)方面組成：

1、制造端，即制造冷熱量的機(jī)組系統(tǒng)，約占整體能耗的55%。

2、輸配端，即輸配冷熱量的管網(wǎng)系統(tǒng)，約占整體能耗的25%。

3、使用端，即消耗冷熱量的末端系統(tǒng)，約占整體能耗的20%。

針對(duì)以上3個(gè)方面的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也存在各種此類(lèi)節(jié)電產(chǎn)品，并且都在各自的領(lǐng)域內(nèi)取得了一定成效，但將此3個(gè)方面的問(wèn)題統(tǒng)一考慮的不多，TD-NET神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能控制系統(tǒng)可算其中的代表。

用于中央空調(diào)節(jié)能的TD-Net神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)中央空調(diào)末

端負(fù)荷的變化，監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并對(duì)照數(shù)據(jù)庫(kù)，預(yù)測(cè)未發(fā)生時(shí)間內(nèi)的需求，并判斷是否應(yīng)該改變系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，控制制冷（熱）量的大小，并管理中央空調(diào)系統(tǒng)的管網(wǎng)和泵閥，從而實(shí)現(xiàn)了中央空調(diào)根據(jù)用戶(hù)需求進(jìn)行運(yùn)行，做到有多少需要就產(chǎn)生多少冷（熱）量。此系統(tǒng)可概括為智能化集中控制系統(tǒng)（ICCS） 自適應(yīng)末端變化的智能變流量系統(tǒng)（IAFS）。