1.7 反馈与逻辑的结合

连续控制通常与逻辑控制相结合，以应对不同的运行条件。逻辑往往与运行模式的变化、设备的保护、手动交互、执行器的饱和等有关。有一种情况是，有一个变量为首要关注的变量，但为了保护设备也需要对其他变量进行控制。例如，在控制压缩机时，尽管流出量是首要变量，但为了防止压缩机因失速而损坏，必须要让压缩机能够切换到不同模式。下面举例说明。

1.7.1 巡航控制

图1.10所示的反馈系统的基本控制功能是保持速度不变，这通常由运行在自动模式下的PI控制器实现，但在制动、加速或换挡时，需要关闭自动模式。巡航控制系统通常有一个用户界面（见图1.14a）供驾驶人与系统通信。图1.14a中有四个按钮：开/关、巡航设置、恢复/加速、取消。该系统的运行由图1.14b所示的有限状态机控制，有限状态机控制PI控制器及参考信号发生器的工作模式。

图1.14b中的有限状态机有四种模式：关闭、待机、巡航和保持。状态的改变取决于驾驶人的操作。“开/关”按钮使状态在“关闭”和“待机”之间切换。当巡航控制系统处于“待机”状态时，按下“巡航设置”按钮可以切换到“巡航”状态。释放该按钮时，速度参考值将成为汽车速度的设定值。在“巡航”状态下，驾驶人使用“恢复/加速”按钮可以改变速度参考值。如果驾驶人踩节气门加速，车速会增加，但松开节气门后，车速会回到设定的速度；如果驾驶人制动，汽车会减速，巡航控制器会进入“保持”状态，并记住控制器的设定值。按下“恢复/加速”按钮会返回到“巡航”状态。如果按下“取消”按钮，系统也会从“巡航”状态切换到“待机”状态。速度控制器会记住速度参考值。当系统处于运行状态时，按下“开/关”按钮将进入“关闭”模式。

用于这种场合的PI控制器，既要能提供良好的调节性能，又要在恢复模式与控制模式之间切换时能提供良好的瞬态性能。

1.7.2 服务器群

服务器群由提供互联网服务（云计算）的大量计算机组成。像图1.15这样的大型服务器群可能拥有多达数千个处理器。服务器供电及冷却的功耗是首要考虑的问题。在数据中心运行的总成本中，有超过40%是能源成本 ^[84] 。服务器群的首要任务是响应大幅度变化的计算需求。电力的消耗、可用的冷却能力等对此施加了限制。单个服务器的吞吐量取决于时钟频率，而时钟频率可以通过调整所施加的系统电压来改变。但提高供电电压必将增加能耗，并要求更多的冷却能力。

服务器群的控制常使用反馈和逻辑的结合控制来实现。如果简单地通过提高服务器的电压来启动一台服务器，那么虽然可以迅速增加吞吐容量，但是这样启动服务器会消耗更多的能源，需要更多的冷却能力。为了节省能源，关闭不必要的服务器是有利的，但启动一台关机的服务器需要一定的时间。服务器群的控制系统需要对每台服务器的电压和冷却进行单独控制，并需要一套开、关服务器的策略。温度也是一个很重要的参数。过热将缩短系统的寿命，甚至可能毁掉系统。由于冷却空气通过服务器的路径有串联、也有并联，冷却系统也很复杂。为此，将温度最高的服务器作为冷却系统的测量参数。温度控制采用前馈逻辑与反馈结合的控制，前馈逻辑确定何时开或关服务器，PID控制则进行反馈控制。

1.7.3 空气-燃料控制

空气-燃料控制是影响船舶锅炉性能的一个关键要素。空气-燃料控制系统由控制空气和油（燃料）流量的两个反馈环，以及调节空燃比的 监控控制器 （supervisory controller）等构成。当船舶行驶时，应该将空燃比调整为最佳效率，而当船舶行驶在港口时，有必要让系统运行在过量空气的状态，以免产生黑烟导致巨额惩罚。

将PI控制器与最大值和最小值选择器相结合，可以解决以上问题，空气-燃料控制系统的框图如图1.16a所示。 选择器 （selector）是多输入、单输出的静态系统，其中最大选择器的输出为各输入值中的最大值，最小值选择器的输出为各输入值中的最小值。考虑功率需求增加的情况：最大值选择器选取功率指令值 r 作为空气流控制器的输入参考值，最小值选择器则选取测量的空气流量作为燃料流控制器的输入参考值。这样一来，燃料流量将滞后于空气流量，因而会有过量的空气。当功率指令值降低时，最小值选择器将选取功率指令值 r 作为燃料流控制器的输入参考值，最大值选择器则将选取测量的燃料流量作为空气控制器的输入参考值。因此，在功率降低时，系统仍会运行在过量空气的状态。

当需要的功率水平发生阶跃变化时，系统的响应结果如图1.16b所示。可见，系统无论是在功率增加时还是减少时，都能维持过量空气状态。

在发动机和电力系统中，选择器常用来实现逻辑功能。选择器还用于可靠性要求极高的系统，例如，使用三个传感器测量同一个量，但只接受其中数值一致的两个传感器的值，这可以防止单个传感器发生故障的情况。 VAKN6iH+/jjL6PZbyTs1rQjD4SP8sPcNrlhjYMftShTAyQwxez48F5dnxmGzjk+V