戚偉麗

摘 要：智能控制系統(tǒng)的仿真與其他系統(tǒng)的仿真存在一定的差異，其核心問題就是智能化控制系統(tǒng)所采用的控制方式更加的模糊，其變量和控制動作之間的配合往往存在一定的不確定性，因此在仿真中會因為控制要素的改變而影響其仿真的效果，所以在仿真系統(tǒng)的設(shè)計中應(yīng)突出對觀測量和控制量之間、系統(tǒng)設(shè)定值之間的關(guān)系進行分析，找到更加適應(yīng)其控制要求的計算方式和數(shù)學(xué)模型，這樣才能獲得更好的仿真效果。在實際的應(yīng)用中可以利用現(xiàn)有的工具對其進行改進，重新編程或者設(shè)定數(shù)學(xué)模型等，以此保證仿真的更加準確。

關(guān)鍵詞：仿真技術(shù) 系統(tǒng)概述 相關(guān)概念 設(shè)計要點

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（a）-0017-01

仿真系統(tǒng)就是在系統(tǒng)測試中利用一個系統(tǒng)對另一個系統(tǒng)的運行過程進行仿真，觀察仿真系統(tǒng)的各種參數(shù)或者因素在系統(tǒng)過程形成的運行狀態(tài)和關(guān)系等，檢驗其控制方式或者組織方式是否有效。無論是何種仿真模型，其目的都是替代真實系統(tǒng)，進行各種實驗和分析，而數(shù)學(xué)模型和實物模型相比，可以利用計算機模擬更加極端的條件，可以對系統(tǒng)進行更加極端的測試，因此在實際應(yīng)用中仿真技術(shù)已經(jīng)成為科學(xué)研究中的重要方法之一。

1 智能控制仿真系統(tǒng)概述

控制仿真是系統(tǒng)仿真模擬的重要技術(shù)之一，隨著計算機的發(fā)展及語言技術(shù)的發(fā)展，控制仿真系統(tǒng)已經(jīng)形成了一個相對完整的科學(xué)體系。一些專門的仿真軟件和語言等也針對不同的控制系統(tǒng)提出了更多的解決方案。如MATLAB工具箱就是一種常見的控制系統(tǒng)仿真軟件和工具。多數(shù)的研究都集中在線性系統(tǒng)的仿真上，對智能系統(tǒng)的仿真還缺乏深入的研究。如果在仿真中僅僅給出圖表結(jié)果，對于智能控制仿真的過程則不夠完整。因此在這樣的條件下，如果可以利用系統(tǒng)仿真驗證智能算法的有效性，則必須對現(xiàn)有的工具進行開發(fā)與改進，才能獲得更好的仿真效果。同時MATLAB工具箱本身仍有一定的局限性，完全實現(xiàn)智能化控制模擬，則需要進行系統(tǒng)程序的重新編制才能滿足智能控制系統(tǒng)仿真的需求。

所以在實際的應(yīng)用中可以利用計算機系統(tǒng)為基礎(chǔ)，按照仿真的思路給出一套基于系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的仿真技術(shù)來完成對智能系統(tǒng)的仿真。如從計算步長、采樣周期、控制周期之間的關(guān)系等入手，進行分析與研究，以此實現(xiàn)對智能控制系統(tǒng)的仿真分析。這樣才能在實際的應(yīng)用中獲得更加良好的效果，并可以實現(xiàn)靈活的仿真。

2 應(yīng)用術(shù)語和概念

系統(tǒng)控制量即代表控制對象施加的控制動作的量，其改變會直接影響被控制對象的輸出情況，也稱之為控制量。這個變量在控制系統(tǒng)中是十分重要的，其取值也往往在物理量閾值范圍?？刂戚敵隽?，也是被控制的量，其大小會隨著控制量的改變而發(fā)生改變。其取值的范圍也在物理量論域。

系統(tǒng)參考值或者系統(tǒng)設(shè)定值，控制系統(tǒng)的核心思路是通過設(shè)備對系統(tǒng)運行進行控制，因此在任何智能控制系統(tǒng)中都會設(shè)定系統(tǒng)參考值或者設(shè)定值，是希望系統(tǒng)可以達到或者控制系統(tǒng)輸出的量，其可以表明系統(tǒng)控制的必要范圍。系統(tǒng)偏差，任何系統(tǒng)在運行中都會出現(xiàn)偏差，其代表系統(tǒng)輸出量和設(shè)定值之間的差異，即系統(tǒng)偏差。在智能控制系統(tǒng)中，偏差的取值范圍也應(yīng)在物理量論域內(nèi)，因為其是兩個物理量差值。

系統(tǒng)觀測量是一種變量，即在系統(tǒng)仿真中可以觀察到的用于控制算法決策的系統(tǒng)過程的變量，可以統(tǒng)一稱之為觀測量。可觀察的含義是通過檢測傳感器可以獲得的相關(guān)的變量，或者可以利用數(shù)學(xué)計算得到的變量。如系統(tǒng)輸出量、偏差和偏差對時間而言，各個階段的導(dǎo)數(shù)、峰值、振蕩頻率等，觀測量論域中的帶你也就代表了系統(tǒng)的狀態(tài)。研究仿真系統(tǒng)是則可以認為觀測量與線性系統(tǒng)中的狀態(tài)不同，狀態(tài)變量是觀測量的子集。

擾動量也可稱之為干擾量、擾動量，是非人為控制的導(dǎo)致輸出量的偏離其目標的動量，即為系統(tǒng)擾動量。擾動量不是系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)而是因為外部環(huán)境的干擾而出現(xiàn)的。

控制器是在仿真中對系統(tǒng)變量輸入和輸出進行控制的設(shè)備，控制器和被控制對象即成為控制系統(tǒng)。任何控制方法不管是模糊控制還是其他，其最終都將體現(xiàn)清晰的檢測量和控制量關(guān)系。不同的控制方法系統(tǒng)觀測量集合也不同。

另外，向仿真系統(tǒng)的概念還有控制周期、采樣周期等，其與計算機系統(tǒng)為核心，相互配合，以此完成對智能控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集。二者之間可以相互配合，當然控制周期不一定是采樣周期，而采用周期必須與控制周期配合。

3 控制仿真的原理和步驟

3.1 仿真的模型假定

通常被控制系統(tǒng)的觀測量與控制之間存在固定的函數(shù)關(guān)系，這個函數(shù)可以同微分方程求解。無論何種形式的表現(xiàn)，控制過程都可以利用改變控制變量來調(diào)整觀測量，以此實現(xiàn)對控制的仿真。但是這樣的模型從數(shù)學(xué)角度而言較為復(fù)雜，所以應(yīng)進行假定來限制系統(tǒng)條件。即被控制對象的數(shù)學(xué)模型可以通過一組基本觀測量和控制量進行表達。

3.2 對仿真結(jié)果的要求

控制系統(tǒng)的仿真必須直觀的給出結(jié)構(gòu)，這樣才能達到仿真的目的，多數(shù)情況需要給出控制算法后，將獲得的觀測量作為結(jié)果。即標記為時間-狀態(tài)的曲線，以此說明控制系統(tǒng)的主要控制指標和參數(shù)，對控制的影響。如單輸入單輸出恒指系統(tǒng)的階躍上升時間、調(diào)節(jié)時間、超標情況、穩(wěn)定誤差、不同干擾源的影響情況等，都可以利用曲線進行表達。

4 智能控制系統(tǒng)仿真的要點分析

4.1 步長和采樣、控制周期的關(guān)系確定

計算步長在設(shè)計中應(yīng)小于等于采樣周期，這樣有利于編程。最佳采樣周期應(yīng)為步長的整數(shù)倍。而控制周期應(yīng)為采樣周期的整數(shù)倍。步長選擇不能過大，應(yīng)在控制方法穩(wěn)定的區(qū)域內(nèi)。實際仿真編程可以將步長、采樣、控制周期等同起來，但是應(yīng)注意概念差別，步長為控制精度，而采樣和控制周期則應(yīng)按照控制系統(tǒng)特征進行確定。

4.2 擾動仿真

針對擾動應(yīng)進行定性分析，在仿真中應(yīng)重點對擾動進行分析，其包括階躍、緩慢漂移、周期改變?nèi)齻€類型。其都可利用被擾動量疊加擾動量的方式進行仿真，最終可以獲得準確的模型。應(yīng)注意多輸入和輸出量系統(tǒng)應(yīng)分析與確定控制的目標以及關(guān)鍵因素，使之簡化為單純輸入和輸出系統(tǒng)，以此獲得擾動變量實現(xiàn)仿真。

5 結(jié)語

綜上所述，智能控制系統(tǒng)的仿真應(yīng)從過程、算法、編程細節(jié)等入手，對仿真精度進行控制，通過明確假設(shè)、算法設(shè)置、要點控制等措施，來實現(xiàn)對仿真結(jié)果的優(yōu)化，針對不同的控制系統(tǒng)選擇不同的仿真模型，使之適應(yīng)系統(tǒng)要求，從而提高仿真的實際效果。

參考文獻

[1] 林敏，張傳海.基于數(shù)學(xué)手段的復(fù)雜系統(tǒng)仿真方法研究概述[C].//系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)論文集（第15卷）.2014：56-57.

[2] 覃海強，熊慶宇，石欣，等.基于Matlab機械臂力控系統(tǒng)仿真研究[J].計算機工程與應(yīng)用，2014，50（12）：242-246.

[3] 周紅彬.基于可擴展架構(gòu)的系統(tǒng)仿真技術(shù)研究[J].無線電工程，2014（12）：63-64.