1 引言

　　近半個(ge) 世紀以來，經典控製理論和現代控製理論、方法和技術（簡稱傳(chuan) 統控製），取得了令人矚目的成就。但是，無論是現代控製理論還是大係統理論，其分析、綜合和設計都是建立在嚴(yan) 格和精確的數學模型基礎之上的。而在科學技術和生產(chan) 力高速發展的今天，人們(men) 對大規模、複雜、不確定性係統實行自動控製的要求不斷提高。因此，傳(chuan) 統的基於(yu) 精確數學模型的控製理論的局限性日益明顯。

　　（1） 傳(chuan) 統控製所麵臨(lin) 的難題

　　傳(chuan) 統控製方法的設計和分析是建立在係統的精確模型基礎上的，而實際係統由於(yu) 存在複雜性、時變性、不確定性和不完全性等，一般無法獲得精確的數學模型;采用傳(chuan) 統控製理論進行係統設計時，必須提出並遵循一些苛刻的假設，而這些假設往往與(yu) 實際情況不符，使得所設計的係統性能與(yu) 實際情況相差很遠;對某些複雜的帶有時變性與(yu) 不確定性的係統，即使獲得了良好的控製性能，當環境條件發生變化時，其性能也會(hui) 顯著變差;為(wei) 了提高控製性能，傳(chuan) 統的控製理論可能變得相當複雜，從(cong) 而增加了設備投資，降低了係統可靠性。

　　（2） 傳(chuan) 統控製的缺陷與(yu) 不足

　　對環境的幹擾和不確定性缺乏足夠的魯棒性;

　　突發事件的處理需要人工的幹預;

　　無法處理非數字和不精確的信息;

　　無法通過在線學習(xi) 以提高自身性能。

　　以上因素正是傳(chuan) 統控製技術需要突破的一些症結，於(yu) 是，專(zhuan) 家控製的基本思想就應運而生了。

2 專(zhuan) 家控製的基本思想

　　專(zhuan) 家控製是智能控製的一個(ge) 重要分支，它是把專(zhuan) 家係統的思想和方法引入控製係統及其工程應用。就其實質而言，專(zhuan) 家控製是基於(yu) 控製對象和控製規律的各種知識的總和，而且要以智能的方式使用這些知識，求得受控係統更可能地優(you) 化和實用化，它反映出智能控製的許多重要特征和功能。

　　2.1 專(zhuan) 家控製的基本思想#p#分頁標題#e#

　　專(zhuan) 家控製=自動控製理論和方法+人工智能專(zhuan) 家係統技術實際係統中存在的啟發式邏輯本質上是實現控製目標的各種規律性的經驗知識，這些經驗知識難以用一般性的數值形式表達，而適合用符號形式加以描述;再者，這些經驗知識既不能簡單的羅列，有難以用用解析的方法綜合，因而必須給予恰當的組織，並能自動地進行推理，人工智能中的專(zhuan) 家技術恰恰為(wei) 這種經驗知識的表示和處理提供了有效辦法。

　　人工智能領域中發展起來的專(zhuan) 家係統是一種基於(yu) 知識的、智能的計算機程序係統。

　　（1） 專(zhuan) 家係統的兩(liang) 個(ge) 要素

　　知識庫：存儲(chu) 有某個(ge) 專(zhuan) 門領域中事先總結的按某種格式表示的專(zhuan) 家水平的知識條目。

　　推理機製：按照類似專(zhuan) 家水平的問題求解方法，調用知識庫中的條目進行推理、判斷和決(jue) 策。

　　專(zhuan) 家係統的知識庫和推理機製在組織結構上分離建造，而在運行過程中又相互作用，這使得係統具有較大的靈活性：知識的增刪、修正和更新獨立於(yu) 推理機製，具有很好的透明性—推理的結論和根據可以與(yu) 係統外部交互。

　　總之，專(zhuan) 家係統將專(zhuan) 門領域的問題求解思路、經驗、方式組織成一個(ge) 實際運行的形式係統，表現出一種擬人的智能性，它與(yu) 傳(chuan) 統的自動控製理論和方法的結合，形成了專(zhuan) 家控製的基本思想。

　　將專(zhuan) 家係統技術引入控製領域，首先必須把控製係統看成一個(ge) 基於(yu) 知識的係統，而作為(wei) 係統的核心部件的控製器則要體(ti) 現知識推理的機製和結構。

　　知識庫內(nei) 部的組織結構可采用人工智能中知識表示的合適方法，其中，一部分知識可稱為(wei) 數據，例如事實（先驗知識）、證據（動態信息）、假設（由事實、證據推得的中間狀態）和目標（離線設定的或在線建立的性能指標）、數據組織在一起，形成數據庫。另一部分知識可稱為(wei) 規則，即定性的推理知識，它們(men) 往往表示為(wei) 產(chan) 生式規則，組成知識庫，在專(zhuan) 家控製中，定量知識，即各種有關(guan) 的解析算法，一般都獨立編碼，按常規的程序設計方法組織。

　　推理機製的基本功能在於(yu) 按某種策略選用推理規則，對於(yu) 專(zhuan) 家控製，同樣可采用人工智能中的前向推理或後向推理策略。

　　一種典型的專(zhuan) 家控製係統的組織結構如圖1所示：

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　　（2） 專(zhuan) 家控製的兩(liang) 個(ge) 特點

　　定量知識和定性知識分離構造。數值算法直接與(yu) 受控對象或過程相連，以便得到快速的控製響應。知識係統處於(yu) 較高的智能層次，實現以智能啟發式邏輯推理為(wei) 主的控製功能。

　　知識庫係統。數值算法和人—機通訊三個(ge) 子過程並發運行，其中，用戶通過人—機接口可以直接地與(yu) 知識庫係統，進而間接的與(yu) 數值算法交互，以便操作人員對於(yu) 控製係統進行離線的修改或在線的監督、幹預。

　　2.2 專(zhuan) 家控製的目標與(yu) 實現

　　專(zhuan) 家控製係統≠專(zhuan) 家係統

　　專(zhuan) 家係統的理想目標是要實現這樣一個(ge) 控製器或控製係統：

　　（1） 滿足複雜動態過程的控製需要，例如任何時變的、非線性的，受到各種幹擾的控製過程;

　　（2） 控製係統的運行可以利用一些經驗知識，而且隻需要一些最少量的經驗知識;

　　（3） 有關(guan) 受控過程的知識可以不斷的增加、積累，據以改進控製性能;

　　（4） 潛在的控製知識以透明的方式存放，易於(yu) 修改和擴充;

　　（5） 用戶可以對控製係統的性能進行定性的說明，例如“速度可能快”、“超調要小”等;

　　（6）用戶可以訪問係統的內(nei) 部信息，進行交互，例如受控過程的動態特性、控製性能的統計分析、限製控製性能等因素，以及對當前采用的控製作用的解釋等等。

　　專(zhuan) 家控製的上述目標可以看作是一種比較含糊的功能定義(yi) ，它們(men) 覆蓋了傳(chuan) 統控製在一定程度上可以達到的功能，但又超過了傳(chuan) 統控製技術。作一個(ge) 形象的比喻，專(zhuan) 家控製是試圖在控製閉環中加入一個(ge) 有經驗的工程師，係統能為(wei) 他提供一個(ge) “控製工具箱”，即可對控製、辯識、測量、監視等各種算法選擇自便，調節自如。因此，專(zhuan) 家控製實質上是對一個(ge) “控製專(zhuan) 家”的思路、經驗、策略的模擬、延伸、擴展。#p#分頁標題#e#

3 基於(yu) plc的專(zhuan) 家控製係統開發工具

　　3.1 現代plc技術的發展

　　可編程序控製器問世以來，經過近30年的發展，產(chan) 品已經發展到第四代。其技術日臻完善，應用範圍也不斷擴展。目前，為(wei) 了適合大中小企業(ye) 的不同需要，進一步擴大plc在工業(ye) 自動化領域的應用範圍，plc正朝著以下兩(liang) 個(ge) 方向發展：其一是低檔plc向小型、簡易、廉價(jia) 的方向發展，使之能更加廣泛地取代繼電器控製;其二是中、高檔plc向大型、高速、多功能方向發展，使之能取代工業(ye) 控製微機的部分功能，對大規模、複雜係統進行綜合性的自動控製。

　　3.2 基於(yu) plc的專(zhuan) 家控製係統開發工具

　　“基於(yu) plc的專(zhuan) 家控製係統開發工具”（ecstv2.2）所開發出的專(zhuan) 家控製係統是用於(yu) 工業(ye) 實時控製，它是專(zhuan) 家控製與(yu) 常規控製的集成，即專(zhuan) 家控製的控製策略通過常規的控製機構來實現，從(cong) 而到達智能控製與(yu) 常規控製相結合。paradym-31是世界著名工控廠家wizdom公司的paradym-3（p31）工作平台，它有硬件和軟件兩(liang) 部分組成，軟件部分是基於(yu) windows操作係統逼供內(nei) 具備圖形化開發環境的工作平台，在圖形化的編程界麵下，用戶可以在其中製作和調試自己的應用程序（如梯形圖、順控圖、功能模塊圖），編譯過的應用程序可下載到硬件部分進行工作;硬件部分擁有獨立的cpu模塊，具備實時的控製器內(nei) 核。同時，通用的通訊端口可方便地與(yu) 外部設備進行rs232、modbus、及以太網通訊。因此，p31可通過該通訊端口進行監視、暫停、開始、更改某一變量數值等操作，從(cong) 而達到可視化的控製被控對象的目的。

（1） “基於(yu) plc的專(zhuan) 家控製係統開發工具”結構圖

　　“基於(yu) plc的專(zhuan) 家控製係統開發工具”結構圖如圖2所示。與(yu) 其它開發工具相比，“基於(yu) plc的專(zhuan) 家控製係統開發工具”的不同之處是：在主窗口處增加了“導入專(zhuan) 家控製器”;在編輯子窗口處，“設計專(zhuan) 家係統”菜單下的內(nei) 容又有所變化，該菜單下各項子菜單的作用如下：“創建專(zhuan) 家係統控製器”是創建一個(ge) 新的專(zhuan) 家係統控製器，“導出專(zhuan) 家係統控製器”是把創建好的專(zhuan) 家係統控製器打開在“多頁編輯窗口”。在“創建專(zhuan) 家係統控製器”中，“創建功能塊對話框”為(wei) 用戶提供了創建輸入輸出變量以及內(nei) 部變量的接口，該窗口為(wei) 用戶產(chan) 生了一個(ge) 空的專(zhuan) 家係統，具體(ti) 實現要在“多頁編輯窗口中”添加。

　　“多頁編輯窗口中”共有五項，它們(men) 分別是“專(zhuan) 家控製頭文件”、“專(zhuan) 家控製模塊”、“控製算法集”、“動態數據庫”、“知識庫”。其中，需要說明的是“專(zhuan) 家控製頭文件”是由“創建功能塊對話框”產(chan) 生的，在一般情況下，無須添加和修改。“存儲(chu) 專(zhuan) 家控製器到p31”是把編輯或修改後的內(nei) 容作為(wei) p31常規控製的一部分保存起來。#p#分頁標題#e#

　　（2） 基於(yu) plc的專(zhuan) 家控製器的產(chan) 生過程

　　圖3講述了基於(yu) plc的專(zhuan) 家控製器的產(chan) 生過程，該過程有以下幾個(ge) 步驟：

　　圖 3 基於(yu) plc的專(zhuan) 家控製器的產(chan) 生過程

　　首先，利用“基於(yu) plc的專(zhuan) 家控製係統開發工具”產(chan) 生一個(ge) 專(zhuan) 家係統;

　　其次，通過相應常規控製的開發平台嵌入到常規plc控製中，與(yu) 常規控製的其它模塊一起構成了專(zhuan) 家控製器;

　　然後，下載專(zhuan) 家控製器的程序（梯形圖）到常規plc控製設備中，就能夠完成對一實際被控對象的控製任務。如圖4所示：

4 結束語

　　本文所介紹的基於(yu) plc的專(zhuan) 家控製係統開發工具ecst具有專(zhuan) 家控製係統的開發環境，靈活的知識表示和正向、反向的推理方法，可以與(yu) 常規控製相結合，構成實時專(zhuan) 家控製係統。但是，與(yu) 其它新技術一樣，專(zhuan) 家控製所要求的目標既難於(yu) 全麵實現，也難於(yu) 一步到位，它仍需進一步地完善。