闭环供应链协调无模型控制方法及应用研究

摘 要：文章从大系统分析与预测控制的角度，研究了闭环供应链大系统环境——经济双向协调控制问题。运用动态大系统的相关理论，结合时变系统辨识方法和不依赖于被控对象的自适应控制律（无模型控制律），提出了闭环供应链环境——经济双向协调无模型控制算法，同时针对闭环供应链多输入多输出、强耦合且很难解耦的系统，提出了相应的多输入多输出非线性系统的无模型控制算法，并较好地将此无模型控制律应用于某纺织服装闭环供应链系统的协调控制中。

关键词：无模型控制；协调控制；闭环供应链；大系统

中图分类号：F274 文献标识码：A

Abstract： In this paper， from the perspective of large system analysis and predictive control， the problems on the environmental——economic two-way coordinated control in closed-loop chain large system are studied. On the basis of the related theory of dynamic large system， with the identification method of time-varying system and the adaptive control law independent on the controlled object（model free control law）， the environmental——economic two-way coordinated model free control algorithm in closed-loop chain system is put forward； meanwhile， for the system of MIMO， strong coupling and very difficult decoupling for closed-loop chain， the corresponding model free control for the MIMO nonlinear system is proposed， and the model free control laws are applied to the coordinated control of a textile and apparel closed-loop supply chain system.

Key words： model free control； coordination control； closed-loop supply chain； large system

0 引 言

资源与环境问题一直是人类关注的热点。自20世纪90年代以来，随着传统经济发展模式向循环经济发展模式的转变，学术界、企业界和政府越来越重视以废旧产品回收再利用为主要特征的闭环供应链管理。一方面，由于产品更新换代的加快，产品使用年限缩短[1]；其次，回收的废旧产品在数量、质量、时间上存在严重的不确定性，使得闭环供应链较传统供应链更为复杂；第三，闭环供应链各节点间既相互协作又互相竞争，同时决策分散[2]。因此，为了实现闭环供应链整体经济与环境的协调发展，对链中的供应商、制造商、经销商以及产品回收商等节点企业的目标进行有效控制就显得尤为重要。

大量实践证明，在自动控制理论及应用的发展过程中，建立某些动态系统可以用来设计有效的控制策略的数学模型非常困难，甚至不可能。经典的PID控制只能较好应用于单输入——单输出非时变线性系统，智能控制律的设计往往包括紧密依赖于被控对象的专家知识系统和某些推理机构，而闭环供应链涉及到各节点的经济利益、资源的有效利用和环境保护问题等多个方面[3-6]。因此本文通过闭环供应链中环境——经济双向协调控制问题的研究，运用动态大系统的相关理论，探讨闭环供应链大系统的协调控制问题，提出闭环供应链系统的协调控制模型、系统辨识方法和自适应协调控制算法，并讨论闭环供应链系统协调无模型控制律问题。

1 闭环供应链中环境——经济系统双向控制的大系统结构

根据大系统理论的多级递阶结构和多段控制的基本思想[6-14]，对于闭环供应链系统，本文设计并建立其协调控制的多级递阶结构如图1所示。该结构共分为3级，即最高级、中间级和最低级。

最高级为闭环供应链协调控制级。通过递阶结构，完成闭环供应链系统管理与控制的总任务，实现闭环供应链协调发展的总目标。

中间级为闭环供应链递阶控制级。通过分析、预测、优化与决策等协调方法，对正向供应链子系统与逆向供应链子系统进行协调控制，并向上一级（即最高级）传递信息，完成全过程控制，从而实现闭环供应链系统的协调发展。

最低级为环境经济基本模拟模型。当它向上（即中间级）传递基础信息时，按经济系统和环境系统两个横断面，分别选用适当的经济与环境模型，模拟经济子系统与环境子系统的状况，进行环境——经济系统的评价，并为中间级提供目标要求、各种约束条件及有关数据要求等；同时按中间级的控制要求，通过对供应商、制造商、经销商、回收商的相关活动如技术改造、原材料成份变化、替代品的开发、新产品开发、废弃物回收与利用、营销等手段，向下对经济子系统和环境子系统进行具体控制。

2 闭环供应链中环境——经济系统协调控制模型及其辨识

2.1 闭环供应链系统协调控制模型的结构

闭环供应链系统是复杂的离散系统。按复杂系统建模的思想[6-7]，可将整个闭环供应链系统分解为两个子系统（经济子系统和环境子系统），分别从每个子系统模型入手，进而给出其整体协调模型结构。

3 闭环供应链中环境——经济系统自适应协调控制算法

4 闭环供应链系统的无模型控制

如前所述，闭环供应链系统包括正向供应链和逆向供应链，涉及到供应商、制造商、分销商、零售商、消费者以及回收商等多个节点企业[2]，每个节点企业都有自己的经济目标和环境目标，同时为了完成闭环供应链协调发展的总目标，它们需紧密联系。因此就闭环供应链整体而言，它是一个多输入多输出的强耦合且很难解耦的系统，我们可以使用不依赖于被控对象的控制率，来寻求这类多输入多输出非线性系统的无模型控制算法。

4.1 拟优势控制变量

4.2 φk的估计

4.3 无模型控制率

5 闭环供应链中环境——经济系统双向控制实例

佛山某服装企业成立于1990年，是一家以生产销售童装为主的民营企业。经过20多年的经营，该企业目前与供应商的关系稳固，具有成熟的销售网络，与供应商、经销商之间结成了战略同盟，共享信息资源，与此同时，该企业从2008年开始，在废旧服装回收、利用及废弃等方面，逐渐建立并形成自己的较为完整的闭环供应链。根据该企业2008年到2014年的各项指标数据，按照时变系统的预测方法，可得到以该企业为核心的闭环供应链中环境——经济系统各指标的预测值，如表1和表2所示。

从以上可以看出，采用无模型控制律的控制方法，可以通过降低总资产报酬率、利润增长率，加大总资产周转率、销售增长率、库存周转率以及科研开发力度，同时适当增加污染治理资金，提高废旧纺织品的利用水平，从而使该闭环供应链中的环境——经济双向控制系统达到预期目标。

6 结 论

本文从分析与预测控制的角度，讨论了闭环供应链环境——经济协调控制问题，运用动态大系统的相关理论，结合时变系统辨识以及不依赖于被控对象的自适应律（无模型控制律），提出了闭环供应链环境——经济双向协调无模型控制算法，同时针对多输入多输出的强耦合且很难解耦的系统，提出了相应的多输入多输出非线性系统的无模型控制算法。

本系统所提出的算法，逻辑清晰、结构简单、规范，操作方便，在闭环供应链协调控制有着广泛的应用前景。此外，本文通过以某童服制造为核心企业的闭环供应链为实例，介绍了采用所提出的无模型控制方法进行闭环供应链协调控制的实际操作过程，将有助于逐步引导闭环供应链节点企业按照闭环供应链协调发展的要求，充分利用资源，进行低碳生产，实现闭环供应链系统的可持续发展。

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