[科普中国]-递阶控制系统

简介

递阶控制系统，其特点为：形成金字塔结构，同级决策单元平行工作对下级施加影响，同时与上级交换信息，受上级干预；便于系统描述；使整个系统资源得到较好利用；增加系统的可靠性和灵活性。该系统有三种基本结构形式：多重递阶结构、多层递阶结构和多级递阶结构。广泛应用于钢铁、石油、造纸等复杂工业领域，以及经济、管理、行政组织等部门。1

递阶控制系统是一种特殊的反馈控制系统。它是用多个控制器组成的组合控制，每个控制器分别控制被控对象的一部分，然后用另外的控制器(称为协调器和决策器)对控制器加以协调控制，以使被控制对象的各部分协调工作。2

递阶控制递阶智能控制(hierarchical intelligent control)，简称递阶控制。递阶控制是智能控制最早的理论之一，而递阶智能控制系统结构已隐含在其他各种智能控制系统之中，成为其他各种智能控制系统的重要基础。递阶控制是在研究早期学习控制系统的基础上，并从工程控制论角度总结人工智能与自适应控制、自学习控制和自组织控制的关系之后而逐渐形成的。已经提出几种递阶控制理论。其中以萨里迪斯提出的基于三个控制层次和IPDI原理的三级递阶智能控制系统最具代表性。此外，还有基于知识描述和数学解析的两层混合智能控制系统、采用四层递阶控制结构以及三段六层递阶控制结构的智能控制系统等。3

递阶控制的特点是能够通过决策器实现整体优化。它主要用于特大型生产系统、社会经济系统、电力通信系统等大系统。2

组成递阶控制系统(Hierarhical Control Systems)一般分为3个层次。

第一层是直接控制级，直接控制被控对象，这一层一般是微处理器。

第二层是监督控制级，进行最优或自适应控制，负责指挥直接控制级工作并向上一级传送信息，这一层一般是控制计算机。

第3层是管理信息级，主要对系统进行管理并调度指挥监督控制级工作。管理信息级是整个系统的中枢，它根据监督控制级提供的信息及被控对象的要求编制全面反映整个系统工作情况的报表，审核控制方案，选择控制模型，制定最优控制策略，对下一层下达命令等。管理信息级通常是一个功能较强的通用计算机。

整个系统可以根据控制任务的需要，建立若干监督控制系统，每个监督控制系统又可建立若干个子系统。4

控制器在递阶控制系统中是在协调器的调节下控制整个大系统的一部分；协调器是用来协调具体控制器间关系的控制器，它是在决策器的指挥下，对各控制器的各种操作进行调节，以实现整体优化；决策器是一种分析反馈信息，进行宏观决策的控制器。由于控制器在控制过程中形成了递阶关系，因而称其为递阶控制。递阶控制也可称为多层控制或多级控制。2

优点递阶控制系统的优点是各个分级具有各自的分工范围，它们相互协调。协调由上一级完成，下级数据传送到上一级，由上一级根据生产要求进行协调，并把协调后的指令送达各有关的下一级，再由下一级实现。分散过程控制装置是自治的系统，它采集生产过程的各种数据，按控制要求输出有关信号，送执行机构完成控制操作。由于在各个分散控制装置间既有分工，又有联系，同时，各自能根据上一级的协调来完成各自的任务，因此，它们又是相互联系和制约的，这样，整个系统能在优化的操作条件下运行。5