2.6 智能控制
智能控制（intelligent controls）是指在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。控制理论发展至今已有100多年的历史，经历了“经典控制理论”和“现代控制理论”的发展阶段，已进入“大系统理论”和“智能控制理论”阶段。智能控制理论的研究和应用是现代控制理论在深度和广度上的拓展。20世纪80年代以来，信息技术、计算技术的快速发展及其他相关学科的发展和相互渗透，也推动了控制科学与工程研究的不断深入，控制系统向智能控制系统的发展已成为一种趋势。
过程控制策略一般分为下面五类：
第一类：传统控制策略，包括：手动控制、PID控制、比值控制、串级控制、前馈控制。
第二类：先进控制—经典技术，包括：增益调整、时滞补偿、解耦控制。
第三类：先进控制—流行技术，包括：模型预测控制、内模控制、自适应控制、统计质量控制。
第四类：先进控制—潜在技术，包括：最优控制、非线性控制、专家系统、神经控制、模糊控制。
第五类：先进控制—研究中的策略，包括：鲁棒控制、H∞控制等。
基于遗传算法的模糊控制原理如图2-6-1所示。
图2-6-1 基于遗传算法的模糊控制原理
作为先进控制中的一种，由于预测控制在应用中所表现出来的简易性及控制的鲁棒性，使它得到了工业控制界的广泛重视和应用。预测控制不是某一种统一理论的产物，而是在工业实践过程中独立发展起来的。它是由美国和法国几家公司在20世纪70年代先后提出的。而且一经问世就在石油、电力和航空等工业中得到了十分成功的应用。随后又相继出现了各种其他相近的算法，到目前为止已有几十种之多，可统称之为预测控制算法。
自1992年Hagglund提出预测PI控制器的思想以来，预测PID算法得到了逐步发展和完善，并成功应用在一些复杂对象的控制上。目前文献上所述预测PID控制算法可以归纳为两种：
（1）有预测功能的PID控制器。本质上，它是一种PID控制器，只不过依据一些先进控制机理，如内模原理、广义预测原理、模糊理论、遗传算法和人工智能原理来设计控制器参数，或根据某种最优原则在线给定PID控制器参数，使之具有预测功能。
（2）预测算法和P I D算法融合在一起的控制器。在这种控制器中，包括预测控制器和PID控制器。PID控制器和过程的滞后时间无关，而预测控制器则主要依赖过程的滞后时间，根据以前的控制作用给出现在的控制作用。
工业控制网络一般为局域网，作用范围一般在几千米之内。将分布在生产装置周围的测控设备连接为功能各异的自动化系统。控制网络遍布在工厂的生产车间、装配流水线、温室、粮库、堤坝、隧道、各种交通管理系统、建筑、军工、消防、环境检测、楼宇家居等处。典型工业控制系统网络如图2-6-2所示。
图2-6-2 典型工业控制系统网络
工业控制网络的节点大都是具有计算与通信能力的测量设备。它们可能具有嵌入式CPU，但功能比较单一，其计算能力也许远不及普通PC，也没有键盘、显示器等人机交互接口。有的甚至不带CPU、单片机，只带有简单的通信接口，例如限位开关、感应开关等各类开关，光电、温度、压力、流量、物位等各种传感器、变送器，各种数据采集装置等。
工业控制网络要面临工业生产的强电磁干扰，面临各种机械振动，面临严寒酷暑的野外工作环境，要使控制网络能适应这种恶劣的工作环境。另外，自控设备千差万别，实现控制网络的互联与互操作往往十分困难。
控制网络必须满足对控制的实时性要求。实时控制对某些变量的数据往往要求准确定时刷新，控制作用必须在一定时限内完成，或者相关的控制动作一定要按事项规定的先后顺序完成。
基于控制网络的这些特点，其中的各种接口必须保证满足控制网络的要求。目前工业现场的接口种类有以下四类：
（1）平台相关性通用协议：OPC/DDE。
OPC是为了不同供应厂商的设备和应用程序之间的软件接口标准化，使其间的数据交换更加简单化的目的而提出的。作为结果，从而可以向用户提供不依靠于特定开发语言和开发环境的可以自由组合使用的过程控制软件组件产品。
（2）平台无关性通信协议：ModBus、ProfiBus。
Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其他设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。ProfiBus，是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。ProfiBus传送速度可在9.6kbaud～12Mbaud范围内选择且当总线系统启动时，所有连接到总线上的装置应该被设成相同的速度。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通电力等其他领域自动化。ProfiBus是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。
（3）平台无关专有协议：大部分DCS协议、工业以太网协议。
（4）特殊协议：编程口、打印口等特殊方式取得的协议。
工业传输通信的协议种类较多主要有历史遗留和人为垄断两方面的原因。虽然目前还有大量的现场总线标准，但没有任何一种标准比工业以太网更具生命力。