自適應(yīng)控制系統(tǒng)(共6頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上自適應(yīng)控制系統(tǒng) 班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)：自適應(yīng)控制 自適應(yīng)控制包括模型參考自適應(yīng)控制和自校正控制兩個(gè)分支。前者是20世紀(jì)50年代建立起來的，它是通過自適應(yīng)機(jī)構(gòu)來克服系統(tǒng)模型參數(shù)的不確定性；后者是瑞典學(xué)者Astrom1973年提出的，它是通過在線估計(jì)系統(tǒng)模型參數(shù)，進(jìn)而修改控制器的參數(shù)，以使系統(tǒng)適應(yīng)環(huán)境的變化。到70年代末和80年代初，李推普諾夫穩(wěn)定性理論和軼收斂定理在自適應(yīng)控制中的成功應(yīng)用，使得基于穩(wěn)定性分析的模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)得到了蓬勃發(fā)展，形成模型參考自適應(yīng)控制的完整理論體系和設(shè)計(jì)方法；秋收斂定理由于在研究自校正控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性有獨(dú)到之處，使得基于參數(shù)估計(jì)的

2、自校正控制系統(tǒng)研究取得了突破性進(jìn)展。 自適應(yīng)控制的概念在反饋控制和最優(yōu)控制中，都假定被控對(duì)象或過程的數(shù)學(xué)模型是已知的，并且具有線性定常的特性。實(shí)際上在許多工程中，被控對(duì)象或過程的數(shù)學(xué)模型事先是難以確定的，即使在某一條件下被確定了的數(shù)學(xué)模型，在工況和條件改變了以后，其動(dòng)態(tài)參數(shù)乃至于模型的結(jié)構(gòu)仍然經(jīng)常發(fā)生變化。在發(fā)生這些問題時(shí)，常規(guī)控制器不可能得到很好的控制品質(zhì)。為此，需要設(shè)計(jì)一種特殊的控制系統(tǒng)，它能夠自動(dòng)地補(bǔ)償在模型階次、參數(shù)和輸入信號(hào)方面非預(yù)知的變化，這就是自適應(yīng)控制。自適應(yīng)控制簡介自適應(yīng)控制的研究對(duì)象是具有一定程度不確定性的系統(tǒng)，這里所謂的“不確定性”是指描述被控對(duì)象及其環(huán)境的數(shù)學(xué)模型不是完

3、全確定的，其中包含一些未知因素和隨機(jī)因素。任何一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)都具有不同程度的不確定性，這些不確定性有時(shí)表現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)部，有時(shí)表現(xiàn)在系統(tǒng)的外部。從系統(tǒng)內(nèi)部來講，描述被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，設(shè)計(jì)者事先并不一定能準(zhǔn)確知道。作為外部環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的影響，可以等效地用許多擾動(dòng)來表示。這些擾動(dòng)通常是不可預(yù)測的。此外，還有一些測量時(shí)產(chǎn)生的不確定因素進(jìn)入系統(tǒng)。面對(duì)這些客觀存在的各式各樣的不確定性，如何設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)目刂谱饔?，使得某一指定的性能指?biāo)達(dá)到并保持最優(yōu)或者近似最優(yōu)，這就是自適應(yīng)控制所要研究解決的問題。自適應(yīng)控制和常規(guī)的反饋控制和最優(yōu)控制一樣，也是一種基于數(shù)學(xué)模型的控制方法，所不同的只是自適應(yīng)控制所依據(jù)的關(guān)

4、于模型和擾動(dòng)的先驗(yàn)知識(shí)比較少，需要在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中去不斷提取有關(guān)模型的信息，使模型逐步完善。具體地說，可以依據(jù)對(duì)象的輸入輸出數(shù)據(jù)，不斷地辨識(shí)模型參數(shù)，這個(gè)過程稱為系統(tǒng)的在線辯識(shí)。隨著生產(chǎn)過程的不斷進(jìn)行，通過在線辯識(shí)，模型會(huì)變得越來越準(zhǔn)確，越來越接近于實(shí)際。既然模型在不斷的改進(jìn)，顯然，基于這種模型綜合出來的控制作用也將隨之不斷的改進(jìn)。在這個(gè)意義下，控制系統(tǒng)具有一定的適應(yīng)能力。比如說，當(dāng)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)階段，由于對(duì)象特性的初始信息比較缺乏，系統(tǒng)在剛開始投入運(yùn)行時(shí)可能性能不理想，但是只要經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，通過在線辯識(shí)和控制以后，控制系統(tǒng)逐漸適應(yīng)，最終將自身調(diào)整到一個(gè)滿意的工作狀態(tài)。再比如某些控制對(duì)象，

5、其特性可能在運(yùn)行過程中要發(fā)生較大的變化，但通過在線辯識(shí)和改變控制器參數(shù)，系統(tǒng)也能逐漸適應(yīng)。常規(guī)的反饋控制系統(tǒng)對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)部特性的變化和外部擾動(dòng)的影響都具有一定的抑制能力，但是由于控制器參數(shù)是固定的，所以當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部特性變化或者外部擾動(dòng)的變化幅度很大時(shí)，系統(tǒng)的性能常常會(huì)大幅度下降，甚至是不穩(wěn)定。所以對(duì)那些對(duì)象特性或擾動(dòng)特性變化范圍很大，同時(shí)又要求經(jīng)常保持高性能指標(biāo)的一類系統(tǒng)，采取自適應(yīng)控制是合適的。但是同時(shí)也應(yīng)當(dāng)指出，自適應(yīng)控制比常規(guī)反饋控制要復(fù)雜的多，成本也高的多，因此只是在用常規(guī)反饋達(dá)不到所期望的性能時(shí)，才會(huì)考慮采用。自適應(yīng)控制的分類1.增益自適應(yīng)控制2.模型參考自適應(yīng)控制（MRAC）3.自校正

6、控制（STC）4.直接優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)自適應(yīng)控制5.模糊自適應(yīng)控制6.多模型自適應(yīng)控制7.自適應(yīng)逆控制自適應(yīng)控制的主要類型 自適應(yīng)系統(tǒng)有兩類，一類是模型參考自是要控制系統(tǒng)（model reference adaptive system，MRAS）；另一類是自校正控制系統(tǒng)（self-tuning control system），這類自適應(yīng)系統(tǒng)的一個(gè)主要特點(diǎn)是在線辨識(shí)對(duì)象數(shù)學(xué)模型的參數(shù)，進(jìn)而修改控制器的參數(shù)。1 模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)這類自適應(yīng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的理論基礎(chǔ)為局部參數(shù)優(yōu)化方法、李雅普諾夫穩(wěn)定性理論和波波夫（Popov）超穩(wěn)定性理論。 2 自校正控制系統(tǒng)此類自適應(yīng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的理論基礎(chǔ)為

7、系統(tǒng)辨識(shí)和隨機(jī)最優(yōu)控制理論。3 自適應(yīng)控制的原理框圖自適應(yīng)控制的主要理論問題 無論是時(shí)不變線性系統(tǒng)，還是時(shí)變非線性系統(tǒng)，它們與自適應(yīng)機(jī)構(gòu)所構(gòu)成的自適應(yīng)控制系統(tǒng)都是非線性時(shí)變系統(tǒng)，分析這類系統(tǒng)的性能是很困難的。1 穩(wěn)定性 穩(wěn)定性問題是一切控制系統(tǒng)的核心問題。因此，設(shè)計(jì)自適應(yīng)控制系統(tǒng)應(yīng)以保證系統(tǒng)全局穩(wěn)定為原則。如今，隨著模型參考自適應(yīng)控制的發(fā)展，各種各樣的自適應(yīng)控制律會(huì)不斷誕生，要保證系統(tǒng)全局穩(wěn)定也很困難，特別是因?yàn)橄到y(tǒng)是本質(zhì)非線性時(shí)變的，故當(dāng)系統(tǒng)存在未建模動(dòng)態(tài)或隨機(jī)干擾時(shí)，要證明自適應(yīng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性就更困難了。2 收斂性對(duì)于一些自適應(yīng)系統(tǒng)收斂性的結(jié)論都是在一些相當(dāng)強(qiáng)的假設(shè)條件下獲得的，并且與具

8、體的算法密切相關(guān)。因所使用的收斂性分析方法缺乏普適性，因而不能推廣到稍微復(fù)雜的系統(tǒng)模型上。3 魯棒性 目前，參考模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)一般都是針對(duì)被控對(duì)象結(jié)構(gòu)已知而參數(shù)未知的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而實(shí)際被控對(duì)象結(jié)構(gòu)往往難以確切知道，所獲得的對(duì)象特性中常常未能包括系統(tǒng)的難以描述的寄生高頻成分，即未建模動(dòng)態(tài)。計(jì)算機(jī)仿真表明，這種未建模型動(dòng)態(tài)可能引起自適應(yīng)控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定，關(guān)鍵原因是自適應(yīng)控制系統(tǒng)是非線性時(shí)變的，而對(duì)于線性反饋控制系統(tǒng)，只有設(shè)計(jì)的系統(tǒng)有足夠的穩(wěn)定裕量，這種未建模動(dòng)態(tài)是不致于破壞系統(tǒng)穩(wěn)定性的。這就提出了自適應(yīng)控制的魯棒性問題。4 性能指標(biāo)一個(gè)自適應(yīng)控制系統(tǒng)能很好地工作，不僅要求所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)穩(wěn)定，

9、而且還有滿足一定的性能指標(biāo)要求。由于自適應(yīng)控制系統(tǒng)是非線性時(shí)變的，初始條件的變化或未建模動(dòng)態(tài)的存在都勢(shì)必要改變系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，因此，分析自適應(yīng)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)是極其困難的。目前，這方面的成果還很少見。自適應(yīng)控制的特點(diǎn)1、控制器可調(diào)相對(duì)于常規(guī)反饋控制器固定的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，自適應(yīng)控制系統(tǒng)的控制器在控制的過程中一般是根據(jù)一定的自適應(yīng)規(guī)則，不斷更改或變動(dòng)的；2、增加了自適應(yīng)回路自適應(yīng)控制系統(tǒng)在常規(guī)反饋控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了自適應(yīng)回路（或稱自適應(yīng)外環(huán)），它的主要作用就是根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況，自動(dòng)調(diào)整控制器，以適應(yīng)被控對(duì)象特性的變化；3、適用對(duì)象自適應(yīng)控制適用于被控對(duì)象特性未知或擾動(dòng)特性變化范圍很大，同時(shí)又要求

10、經(jīng)常保持高性能指標(biāo)的一類系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)不需要完全知道被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。自適應(yīng)控制的發(fā)展概況 自適應(yīng)控制系統(tǒng)首先是由Draper和Li在1951年提出的，他們介紹了一種能使性能特性不確定的內(nèi)燃機(jī)達(dá)到最佳性能的控制系統(tǒng)，這種類型的控制能力能自動(dòng)的達(dá)到最優(yōu)的操作點(diǎn)，所以叫做最優(yōu)控制或極值控制。而自適應(yīng)這一專業(yè)名詞是1954年由Tsien在工程控制論一書中提出的。其后，在1955年Benner和Drenick也提出一個(gè)控制系統(tǒng)具有“自適應(yīng)”的概念。自適應(yīng)控制發(fā)展的重要標(biāo)志是在1958年Whitaker及同事設(shè)計(jì)的一種自適應(yīng)飛機(jī)控制系統(tǒng)。 1960年Li和Van Der Velde提出的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，它的控制回路中用一個(gè)極限環(huán)使參數(shù)不確定性得到自動(dòng)補(bǔ)償，這樣的系統(tǒng)稱為自振蕩的自適應(yīng)系統(tǒng)。 Petror等人在1963年介紹一種自適應(yīng)系統(tǒng)，它的