自適應(yīng)控制的發(fā)展史

1、自適應(yīng)控制的發(fā)展史所謂“自適應(yīng)” 一般是指系統(tǒng)按照環(huán)境的變化調(diào)整苴自身使得其行為在新的或 者已經(jīng)改變了的環(huán)境下達(dá)到最好或者至少是容許的特性和功能。自適應(yīng)控制工作的優(yōu)劣最終要由實(shí)際應(yīng)用情況來評(píng)泄，我們從應(yīng)用角度岀發(fā)，分三個(gè) 階段回顧自適應(yīng)控制的發(fā)展過程。第一個(gè)階段應(yīng)用探索階段從50年代初開始到70年代初，這是自適應(yīng)控制的理論和方法產(chǎn)生興起、應(yīng)用探索的 階段。在這個(gè)階段，理論和方法尚不成熟，在應(yīng)用上又遇到失敗和挫折，即1957年利用 MIT調(diào)肖規(guī)律的美國某試驗(yàn)型飛行失事，對(duì)自適應(yīng)控制產(chǎn)生了懷疑、動(dòng)搖。相當(dāng)一部分研究 人員退岀這個(gè)領(lǐng)域。然而也有一批有識(shí)志士不畏困難，在理論和應(yīng)用方而堅(jiān)持探索研究， 滿

2、懷希望。第二個(gè)階段一一應(yīng)用開始階段隨著控制理論和汁算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，從70年代初開始到80年代初，自適應(yīng)控制有了突 破性進(jìn)展，1973年Astrom的自校正調(diào)節(jié)在造紙廠的成功應(yīng)用。1974年吉爾巴特和溫斯頓 (Gilbart and Winston)在24in的光學(xué)跟蹤望遠(yuǎn)鏡中利用模型參考自適應(yīng)控制把跟蹤精度提 高了五倍以上。盡管當(dāng)時(shí)應(yīng)用項(xiàng)目不多，但確實(shí)證明自適應(yīng)控制是有效的。人們對(duì)自適應(yīng) 控制的興趣又增加了，到80年代開始自適應(yīng)控制的應(yīng)用，根據(jù)帕克斯等人的文章統(tǒng)訃至少 有58項(xiàng)，具有代表性意義的有6項(xiàng)。第三個(gè)階段應(yīng)用擴(kuò)展階段從70年代末80年代初到現(xiàn)在，自適應(yīng)控制技術(shù)進(jìn)一步推廣應(yīng)用。在這個(gè)階段

3、有幾個(gè)特 點(diǎn)：1) 1981年出現(xiàn)了 Electromax-v自適應(yīng)調(diào)節(jié)器，1983年在美國出現(xiàn)了商業(yè)性自適應(yīng)控制 軟件包，向產(chǎn)品過渡。從80年代初開始到1988年5月世界已安裝7萬個(gè)自適應(yīng)回路。2) 更實(shí)用性的新自適應(yīng)方法和算法大量出現(xiàn)，如廣義預(yù)測自適應(yīng)控制，我國的全系數(shù) 自適應(yīng)控制方法、組合自校正器、自適應(yīng)PID等。3) 促進(jìn)了理論與實(shí)際相結(jié)合的研究，特別是Rohrs等提出具有未建模動(dòng)態(tài)時(shí)自適應(yīng)控制 不穩(wěn)左的問題，引起了人們的極大關(guān)注，從而促進(jìn)了魯棒自適應(yīng)控制理論和應(yīng)用的研究， 并取得了很大進(jìn)展。4) 應(yīng)用范用由少數(shù)幾個(gè)國家擴(kuò)展到更多的國家，由個(gè)別項(xiàng)目擴(kuò)展多個(gè)項(xiàng)目，由少數(shù) 領(lǐng)域擴(kuò)展到多個(gè)領(lǐng)

4、域。自適應(yīng)控制系統(tǒng)分為：前饋?zhàn)赃m應(yīng)控制、反饋?zhàn)赃m應(yīng)控制、模型參考自適應(yīng)控制(MRAC) 和自校正控制。1. 自校正控制系統(tǒng)的發(fā)展史自校正控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法大體上分為三個(gè)階段：第一階段(1958年1975年)：基于最小方差理論進(jìn)行設(shè)訃1958年，Kalman發(fā)表了一篇文章一一自最優(yōu)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先提出了自校正控制 思想。1970年，Peterla把這一原理推廣到參數(shù)未知但恒左的線性離散時(shí)間單輸入一一單輸 出系統(tǒng)。到1973年，瑞典隆徳工學(xué)院的Astrom和Wittenmark提岀了最小方差自校正調(diào)節(jié)器。 1975年，英國牛津大學(xué)的Clark和Gawthrop提岀了廣義最小方差自校正控制器，克

5、服了自校 正調(diào)節(jié)器的主要缺點(diǎn)，受到了普遍重視。第二階段（1976年1980年）：基于次最優(yōu)設(shè)計(jì)思想的自校正調(diào)肖器的設(shè)汁1976年，英國劍橋大學(xué)的Edrounds提岀了極點(diǎn)配置自校正控制技術(shù)。除了最優(yōu)性這一 指標(biāo)外，這種方案在英它方面都超過了上述自校正器。這種方案在系統(tǒng)具有非線性和嚴(yán)重 不確泄時(shí)，自校正控制還存在一些問題，如自校正控制器結(jié)構(gòu)過去復(fù)雜等。第三階段（1980年）：基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自校正控制器的設(shè)計(jì)80年代初期以來，迅速發(fā)展起來的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)顯示出它在解決高度非線性和嚴(yán)重不確左 系統(tǒng)的控制方面的巨大潛力，英吸引力在于：能夠充分逼近任意復(fù)雜的非線性關(guān)系：能夠 學(xué)習(xí)與適應(yīng)嚴(yán)重不確左性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特

6、性：有髙度的魯棒性和容錯(cuò)能力和并行分布處理能 力。2. 模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)（MARC）發(fā)展概況模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法大體上分為四個(gè)階段。第一階段（1958年1966年）：主要是基于局部參數(shù)最優(yōu)化理論進(jìn)行設(shè)計(jì)。這種方法是由Whitaker等人于1958年首先提出來的，并命名為MIT規(guī)則。接著Dressber, Price, Pearson等人也基于局部參數(shù)最優(yōu)化理論提出了不同的設(shè)汁方法。局部參數(shù)最優(yōu)化 法的最大缺點(diǎn)是如此設(shè)計(jì)自適應(yīng)律容易引起整個(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。第二階段（1966年1972年）：解決了MRAC系統(tǒng)的穩(wěn)左性問題。Butchart和Shachcloth, Park, Ph訂li

7、pson等人首先提出用李亞普諾夫穩(wěn)定性理論設(shè) ilMRAC系統(tǒng)的方法。這種方法保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)左性，但它需要利用系統(tǒng)的全部狀態(tài)或輸 出量的微分信號(hào)，這是Parks方法的嚴(yán)重缺點(diǎn)。1974美國馬薩諸塞大學(xué)的Monopoli提出了 一種增廣誤差信號(hào)法，僅由系統(tǒng)的輸入輸出，便可調(diào)整控制器參數(shù)。與此同時(shí)，Landau采 用Popov的超穩(wěn)左性理論進(jìn)行設(shè)訃，也得到了類似的結(jié)果。第三階段（1974年1980年）：解決了系統(tǒng)狀態(tài)不可測問題。以上的設(shè)計(jì)方法要求能直接獲得控制對(duì)象的全部狀態(tài)，這是很困難的。為了解決這一 問題，人們常采用如下兩種方法：（1）直接法直接利用能觀測到的對(duì)象的輸出/輸入的數(shù)據(jù)來綜合一個(gè)動(dòng)態(tài)控制器。（2）間接法設(shè)法將對(duì)象的參數(shù)和狀態(tài)重構(gòu)出來，即利用所謂的自適應(yīng)觀測器。然后利 用這種估計(jì)在線地改變控制器的參數(shù)，以達(dá)到自適應(yīng)控制的目的。對(duì)此Monopoli, R.V和 Narendra, K. s» valavani. L分別利用直接法設(shè)訃了模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)。1979年，Namndm 和Valavani又提出了間接修改控制器參數(shù)的MRAC方案。第四階段（1980年）：基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接模型參考自適應(yīng)控制通過調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器NNC的權(quán)值參數(shù)，力圖使被 控過程的輸岀最后以零誤差跟蹤參考模型的輸出。有人采用NMRAC的直接結(jié)構(gòu)，基于