郭朝暉:在線控制模型難在何處

郭朝暉:在線控制模型難在何處

我在研究院工作時發現:企業對在線模型(鋼鐵行業將含有數學模型的控制軟件為模型)的評價比離線軟件高很多。注意:這不是企業的“規定”,而是一種大家普遍認可的“文化”、“規矩”。

為什麼會形成這樣一種看法呢?有一個重要的原因:在線應用往往意味著真正能用,是一種客觀的評價指標。問題的背後其實是人的信譽問題:很多人說自己的模型、軟件有用,其實是真的沒有用。吹牛的人太多、真正能幹出來的人太少。需要有現實應用的檢驗,大家才真正相信。

在線應用的模型有兩種:一種是自動控制的、一種是操作指導的。人們又往往看中自動控制型的、輕視操作指導型的。原因之一也是信譽問題:對於操作指導型的軟件到底有沒有用處,大家心裡還是打鼓的。

在我看來,工業控制中用到的數學模型大多數是簡單的、成熟的。只要大學裡好好讀書,再翻翻參考文獻,基本上都能理解這些模型。說的誇張一點,合格的大學生幾乎是人人能做的。這也是我反對模型神秘化的原因。

同樣一個模型,為什麼在線就變難了呢?因為這是個應用過程,難在應用。這就是所謂的“學會知識不是力量、知識會應用才是力量”。“應用”難在什麼地方呢?

首先,是模型參數問題。理論模型往往都需要確定一些參數。比如,傳熱係數、摩擦係數等等。離線模型可以隨便假設一個;但在線模型卻需要合適的參數才行。參數搞不對,現實就會出問題。

其次,實時性要求。實時模型必須實時計算,有的時候響應速度足夠高才行。過去計算機能力差的時候,算法簡化就是個大問題。在簡化的背景下達到一定的精度,當然要比離線要難。而且,實時的響應速度還會受到採樣頻率、數據誤差、控制變量實際範圍的影響。

第三,輸入參數問題。離線模型的輸入,都是準確的。但在線模型可能會出現各種問題。比如,數據誤差有時候會非常大。導致誤差的原因很多,而且干擾的頻譜也很廣。需要花很大精力來對數據進行處理,如數字濾波。如果遇到數據丟失,問題就跟大了。

第四,可靠性要求問題。我曾經講過多次,可靠性要求會讓難度增加百倍。對於自動控制模型,無論對任何場景、出現任何麻煩,都不允許有大的BUG。只要出現一次大的事故,這個軟件就可能要被廢了。換句話說99%的成功不是成功。但離線模型就不一樣了:只要有1%的場景成功,就可以去演示了。

這樣一些認識使得人們都有這樣的感覺:搞在線模型的水平高、離線的水平低。

在線比離線難的認識在一定的範圍內是對的。但突破界限之後就是錯的了。因為前面說的在線模型開發,其實是成熟模型的應用;而突破界限之後,則是模型本身的研究了。這種建模是探索知識,不是學習知識

我前面曾經講到:在線模型用到的幾乎都是原理成熟的東西。但是,如果模型中包含了大量人們未知的(或者保密的)科學原理,難度會驟然變大。 比普通的在線模型要難上百倍也是有可能的。但是,國內真正搞過這樣研究的人太少、明白人極少。還可能是分佈在不同的行業、專業裡面,形不成氣候。

現在大家在推進工業技術(知識)軟件化。我相信,遇到這種問題的人會越來越多。10年以後,或許會有更多人能理解我前面講到的觀點了。



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