监督控制系统：提高整体性能的关键

在控制层级的最高层，监督控制系统协调控制其他控制器，甚至可以调整信息结构。监督控制系统使用报警信号来重新配置控制子系统，在故障出现时减小整体性能降低的程度。如果有足够的冗余，系统甚至可能是容错的，虽然故障出现但性能并没有降低。当被控过程的可靠性、安全性以及用户受到挑战时，监督控制器将启动一个保护程序，或是关闭整个系统。

例如灌溉系统（见3.3节），当特定区域有大雨量时，受影响的管道进入关闭模式，所有的引水渠必须停止向受影响的管道输水。新的控制目标是在管道中储存尽可能多的水，所有剩余的水必须安全转移出系统，绕开整个农场。在极限情况下，所有的水位、流量设定值均需要重新设置。就像前面讨论过的，有些自适应控制的实现需要一个管理层来决定在一系列预先计算好的控制器中最好的一个。然而，大体来说，监督控制用来处理运行模式间的切换、关闭或者开启，初始化应急程序等。

监督可以用很多不同的方式实现，如人在回路或是人力监督，辅以不同层次的自动化和自动推理，或是完全自动化：

1）基于警报。对于每个警报，都会预先设置一个特定的系统响应步骤。根据警报，响应可能影响一个小的子系统或是整个系统。典型情况下目标是恢复预警器状态或是新的安全运行状态，或在极端工况下可能会导致关闭。有一个例子是关于配电电网的。监督系统执行故障响应步骤，根据情况调节子系统。

2）基于性能。根据从过程中汇集的信息，监督算法计算很多可能出现的情形，或者比较很多提前计算过的情形并挑选下一个动作，调节局部子控制器来处理新情况。这只在系统正常运行的条件下是可行的。这个方法可以与基于警报的方法相结合。

3）基于模型。基于模型的监督是（自适应）控制中最先进的解决方案。使用在线数据，被控对象的模型就可以实时更新，同样更新的还有控制目标。全局最优算法监视并跟踪整个过程。这需要在实际模型上有很大的投资，并且需要大量的计算机资源和最高层次的监控和自动化。这个投资需要与运行性能带来的收益来综合判断。航天飞机、太空实验室、飞行器控制和类似复杂科学仪器（碰撞机、例子加速器）的关键过程，都属于这一类别。(www.xing528.com)

4）基于目标。监督系统根据目标和当前运行条件切换子控制器。这可以根据查表法或是仿真。这一策略在图10-13中描绘出来，监督系统可能会选定一个新的控制结构。

图10-13 目标驱动的监督

大多数监督准则都可以结合使用，不过最后在某个层面上还是要受人监督支配。自治系统可以与环境和人进行，但仍然是一个难以捉摸的研究方向。