摘 要：針對(duì)在特定物理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)環(huán)境和工程環(huán)境下，如何選擇****的結(jié)晶器協(xié)調(diào)控制方案的問題，提出一種新的控制方案分析方法：基于多元決策模型的模糊分析方法。根據(jù)連鑄工業(yè)過程對(duì)結(jié)晶器控制系統(tǒng)的要求，選取魯棒性、超調(diào)量、能量消耗率、安全性、安裝成本、復(fù)雜性等6個(gè)指標(biāo)建立綜合評(píng)估體系，采用判斷矩陣法確定多元決策權(quán)重向量，進(jìn)而構(gòu)造出控制系統(tǒng)評(píng)價(jià)優(yōu)選的多元決策模型：基于該模型，在多元約束條件下對(duì)4種典型的結(jié)晶器協(xié)調(diào)控制方案及其仿真結(jié)果進(jìn)行了模糊分析．分析結(jié)果對(duì)實(shí)際結(jié)晶器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有指導(dǎo)性意義。
該方法可以推廠到其他控制系統(tǒng)的方案評(píng)估中去：
關(guān)鍵詞：多元決策模型；方案選擇；模糊分析；結(jié)晶器；協(xié)調(diào)控制1 引 言結(jié)晶器是連鑄生產(chǎn)設(shè)備的核心，是一個(gè)多變量強(qiáng)耦合的復(fù)雜系統(tǒng)。結(jié)晶器液位和鑄坯拉速是結(jié)晶器控制系統(tǒng)中最重要的受控變量。在已知的結(jié)晶器控制系統(tǒng)中，對(duì)結(jié)晶器液位和鑄坯拉速通常都實(shí)行各自單變量控制，而較少見二者的協(xié)調(diào)控制。隨著對(duì)連鑄自動(dòng)化水平越來越高的要求，近期關(guān)于結(jié)晶器協(xié)調(diào)控制的研究也越來越多，在文獻(xiàn)[2—3]中已將其研究成果進(jìn)行了初步應(yīng)用，并取得r較好的效果。
為了推進(jìn)結(jié)晶器協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用，本文提出一種評(píng)估和分析控制系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用性能的多元決策模型，對(duì)結(jié)晶器協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的多種應(yīng)用方案進(jìn)行評(píng)估和分析。該模型根據(jù)工程中對(duì)控制系統(tǒng)的要求，選取魯棒性、超調(diào)量、能量消耗率、工作安全性、安裝成本、復(fù)雜性等6個(gè)指標(biāo)建立評(píng)估體系，較全面地反映了控制系統(tǒng)的物理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)環(huán)境和工程環(huán)境之間的相互作用。通過仿真結(jié)果的分析表明，它是針對(duì)連鑄控制方案選擇要求快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)而建立的一種有效的方法，為設(shè)計(jì)實(shí)際有效的結(jié)晶器協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)提供了有效的分析手段。
2多元決策模型控制系統(tǒng)的工程特點(diǎn)是一個(gè)模糊概念，它已無法由經(jīng)典數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)的方法來解決。所以必須用模糊數(shù)學(xué)的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)工程特性模糊參量的量化分析。一個(gè)控制系統(tǒng)決策的論域u是設(shè)定系統(tǒng)方案的集合，即：
u=[方案l，方案2，．．．，方案n]
對(duì)控制系統(tǒng)起重要影響的多元因素指標(biāo)集為
按照****隸屬度原則，與B中****者對(duì)應(yīng)的方案μj為****方案，它反映了在多元因素指標(biāo)下的決策結(jié)果。
3控制系統(tǒng)的多元決策模型的建模一般的控制系統(tǒng)的選擇原則如下：
�、倏刂颇芰�(qiáng)。②系統(tǒng)簡(jiǎn)單，成本低。③安全性好，工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)。
根據(jù)這些原則選定被評(píng)價(jià)方案的集合u：
un=[ul，u2，．，un]
通常可選用下列因素指標(biāo)：
�、倏刂葡到y(tǒng)的超調(diào)量和振蕩周期con，反映不同控制方案的控制能力，是重要的控制指標(biāo)。在方案選擇中，可采用仿真或現(xiàn)有的同類系統(tǒng)的運(yùn)行記錄。
②控制系統(tǒng)的魯棒性Robust，反映不同控制方案的適應(yīng)性。由于環(huán)境條件的變化、對(duì)象內(nèi)部的不確定因素及辨識(shí)的不精確等因素，將影響標(biāo)稱模型的精確性，由小增益定理可確定系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性范圍。
�、劭刂葡到y(tǒng)的一次安裝成本、維護(hù)費(fèi)用cost，反映不同控制方案的總成本，客觀反映了不同控制方案的相對(duì)投資比例。
④控制系統(tǒng)的能量消耗率cop．，反映不同控制系統(tǒng)的能量消耗狀況，包括對(duì)被控對(duì)象的能量節(jié)約狀況及控制系統(tǒng)本身的能量消耗狀況。
⑤控制系統(tǒng)的安全性safe反映不同控制方案的工作可靠性，包括對(duì)可靠性有重大影響并易于定量表示的項(xiàng)目。計(jì)算方法有失效率法、AGREE方法及工程加權(quán)分配法。這里應(yīng)用失效率法，取各方案的失效率計(jì)算，即：
式中，λap為設(shè)備總失效率；λGi為第i種元器件的通用失效率；πqi為第i種元器件的通用質(zhì)量系數(shù)；Ni為第i種元器件的數(shù)量；n為設(shè)備所用元器件的種類數(shù)量。
�、蘅刂葡到y(tǒng)的復(fù)雜性Man，反映不同控制方案的復(fù)雜程度(酌情選取)。
�、呖刂葡到y(tǒng)對(duì)周圍環(huán)境的影響Affect，主要指噪聲、電磁輻射等(酌情選取)。
第6，7種指標(biāo)一般無法定量描述，可采用評(píng)價(jià)語氣法(即打分的方式)來定量化處理。語氣算子有：一般(1分)、稍微(2分)、略微(3分)、較為(4分)、明顯(5分)、顯著(6分)、十分(7分)、非常(8分)、極其(9分)、極端(10分)。
因此，可以取常值目標(biāo)函數(shù)的集合為VT=(C0 n_，Robust．Cost．C0p．，Safe,Man)式中，con，Robust為性能分析指標(biāo)；cost，cop為經(jīng)濟(jì)分析指標(biāo)；safeMan為工程分析指標(biāo)。
當(dāng)然也可選用其他指標(biāo)，但必須是對(duì)系統(tǒng)有重大影響且易于定量描述的指標(biāo)，同時(shí)應(yīng)滿足工藝要求。為避免相關(guān)性干擾，指標(biāo)不宜選取過多，一般不應(yīng)超過6個(gè)。在因素指標(biāo)確定后，必須對(duì)需要優(yōu)化的指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化處理，對(duì)可能引起奇異值的因素指標(biāo)做加權(quán)均值弱化處理。
由因素指標(biāo)集得矩陣V，并按定量指標(biāo)綜合決策法和系數(shù)對(duì)比法進(jìn)行評(píng)價(jià)，則各因素指標(biāo)的評(píng)價(jià)值rij(rij≤1．O)
為指標(biāo)的優(yōu)劣，并消除不同量綱的影響。
由此可計(jì)算出模糊決策矩陣R。
因素重要程度系數(shù)αi是綜合評(píng)價(jià)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
對(duì)各因素重要程度的取值方法有德爾菲法、專家調(diào)查法和判斷矩陣分析法。判斷矩陣分析法盡管精確度較低，但是不需要繁雜的統(tǒng)計(jì)工作，在方案選擇中是一種有效而快捷的方法。具體步驟如下：
step l構(gòu)造判斷矩陣按照各因素指標(biāo)中兩兩因素的相對(duì)重要程度，根據(jù)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，將其分成若干個(gè)等級(jí)并確定兩兩因素相比的判斷值fui(ui)從而構(gòu)造出一個(gè)n階判斷矩陣。
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