現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用

1、現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用王力2011117322現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用2011117322 王力物 聯(lián)網(wǎng)工程 現(xiàn)代控制理論:狹義的是指60年代發(fā)展起來的采用狀 態(tài)空間方法研究實現(xiàn)最優(yōu)控制目標的控制系統(tǒng)綜合設(shè)計理論;廣義的 是指60年代以來發(fā)展起來的所有新的控制理論與方法。采用狀態(tài)觀測器對系統(tǒng)狀態(tài)進行估計（或稱重構(gòu)）實際反饋控制主要 優(yōu)點是理論體系嚴謹完整；可獲得理想的最優(yōu)控制性能，設(shè)計過程較 少依賴經(jīng)驗試湊；主要缺點是要求系統(tǒng)模型準確，否則實際控制性能 并非最優(yōu)，即控制系統(tǒng)魯棒差；理論較抽象，缺乏直觀性，不易理解， 需要較多數(shù)學(xué)知識；性能指標函數(shù)中的加權(quán)Q和R選取無定量準則 可循，也需憑經(jīng)驗選取，故設(shè)計

2、結(jié)果也與設(shè)計人員有關(guān)。自動控制系統(tǒng)是指為實現(xiàn)自動控制目標由自動化儀表與被控對象所 聯(lián)接成閉環(huán)系統(tǒng)。其組成結(jié)構(gòu)是由被控對象、測量代表、控制器或調(diào) 節(jié)器和執(zhí)行器構(gòu)成反饋閉環(huán)結(jié)構(gòu)，其形式有單回路形式和串級雙回路 形式；性能指標：定性的有穩(wěn)（定性）、準（確性）、快（速性）；控 制律（或控制策略、控制算法）：控制系統(tǒng)中控制器或調(diào)節(jié)器所采用 的控制策略，即用系統(tǒng)偏差量如何確定控制量的數(shù)學(xué)表示式?，F(xiàn)代控制理論主要應(yīng)用于航空類飛行器控制現(xiàn)代控制理論是基 于時域的系統(tǒng)分析方法，目前基本都是高端如火箭發(fā)射，導(dǎo)彈制導(dǎo)之 類的復(fù)雜系統(tǒng)基于動態(tài)矩陣的預(yù)測控制等。比如在汽車中運用的自適 應(yīng)控制，汽車制動防抱死系統(tǒng)的控制，

3、自適應(yīng)估計等定速巡航系統(tǒng)的 初衷是讓車輛運行在最佳的發(fā)動機轉(zhuǎn)速一油耗平衡點，汽車發(fā)動機的 轉(zhuǎn)速跟扭矩、油耗是有一定比例關(guān)系的，單位距離油耗最省的發(fā)動機 轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的速度就是巡航速度，這個定速巡航巡航系統(tǒng)就是個典型 的現(xiàn)代控制系統(tǒng)，車輛快了，它幫你松油門，車輛慢了，它幫你踩。 現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用于實際存在的很大的問題是系統(tǒng)模型是否準確可靠，因為模型如果不可靠，理論的完美與否也沒有任何意義。而在 汽車中的自適應(yīng)控制就是對現(xiàn)代控制論的一個很好地應(yīng)用。自適應(yīng)系統(tǒng)主要由控制器、被控對象、自 適應(yīng)器及反饋控制回路和自適應(yīng)回路組成自適應(yīng)控制系統(tǒng)有三個顯著特點：1、控制器可調(diào)：相對于常規(guī)反饋控制器固定的結(jié)構(gòu)和

4、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) 運行情況，自動調(diào)整控制器，以適應(yīng)被控對象特性的變化；3、適用對象：自適應(yīng)控制適用于被控對象特性未知或擾動特性變化 范圍很大，同時又要求經(jīng)常保持高性能指標的一類系統(tǒng)，設(shè)計時不需 要完全知道被控對象的數(shù)學(xué)模型。:一、自適應(yīng)控制在汽車主動懸架上的應(yīng)用應(yīng)用于主動懸架的自適應(yīng)控制方法主要有增益調(diào)度控制、模型參考自適應(yīng)控制和自校 正控制三類：增益調(diào)度控制是一種開環(huán)自適應(yīng)控制，通過監(jiān)測過程的 運

5、行條件來改變控制器參數(shù)；模型參考自適應(yīng)控制（即簡化自適應(yīng)控 制）通過跟蹤一個預(yù)先定義的參考模型，按照反饋和輔助控制器參數(shù)的自適應(yīng)控 制規(guī)則，使非線性時變的懸架系統(tǒng)達到預(yù)期的最優(yōu)性能；自校正控制 是將受控對象參數(shù)在線估計與控制器參數(shù)整定相結(jié)合，形成一個能自 動校正控制器參數(shù)的離散實時計算機控制系統(tǒng)（即數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)）， 是目前應(yīng)用最廣的一類自適應(yīng)控制方法。自適應(yīng)控制方法已在德國大眾汽車公司的底盤上得 到了應(yīng)用。.模型參考自適應(yīng)控制工業(yè)產(chǎn)生背景是：70STR是年代發(fā)展起來的一種隨機自適應(yīng)控制，2過程控制由于強隨機干擾、模型未知、參數(shù)時變、大時滯等因素，導(dǎo) 致常規(guī)的控制方法效果差。它是參數(shù)在線估計與隨

6、機最小方差控制的 結(jié)合，已有廣泛的應(yīng)用成果，其難點在于收斂性。.焉參考模型車輛動力學(xué)模型參考模型參考模型自適應(yīng)控制圖反憒控制薜千克簧上質(zhì)量為300簧上質(zhì)量為500千克輪胎動載荷麗潴母m波二、最優(yōu)控制理論在電力系統(tǒng)勵磁控制中的應(yīng)用技術(shù)的綜合 勵磁調(diào)節(jié)器、基于非線性最優(yōu)和PID1對于非線性系統(tǒng)的同步發(fā)電機 而言，當(dāng)它偏離系統(tǒng)工作點或系統(tǒng)發(fā)生較技術(shù)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，就 會出現(xiàn)誤大擾動時，如果仍然采用基于PID差。為此，可以將其用基 于非線性最優(yōu)控制技術(shù)的勵磁調(diào)節(jié)器。但是，非線性最優(yōu)控制調(diào)節(jié)器 存在著對電壓控制能力較弱的缺點，所以用一種技術(shù)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定 器有機結(jié)合的PID能夠?qū)⒎蔷€性最優(yōu)勵磁調(diào)節(jié)器和

7、 新型勵磁調(diào)節(jié)器 的設(shè)計原理。、自適應(yīng)最優(yōu)勵磁控制器2將自適應(yīng)控制理論與最優(yōu) 控制理論相結(jié)合，通過多變量參數(shù)辨識、最優(yōu)55反饋系數(shù)計算和控制算法運算三個環(huán)節(jié)，可以實現(xiàn)同步發(fā)電機勵磁的 自適應(yīng)最優(yōu)控制。3、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)方法的非線性勵磁控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)方法將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對非線性函數(shù)逼近學(xué)習(xí)能力和逆系 統(tǒng)方法的線性化能力相結(jié)合，構(gòu)造出物理可實現(xiàn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)， 從而實現(xiàn)了對被控系統(tǒng)的大范圍線性化，能夠在無需系統(tǒng)參數(shù)的情況 下構(gòu)造出偽線性復(fù)合系統(tǒng)，從而將非線性系統(tǒng)的控制問題轉(zhuǎn)化為線性 系的控制問題。、基于灰色預(yù)測控制算法的最優(yōu)勵磁控制4預(yù)測控 制是一種計算機算法，它米用多步預(yù)測的方式增加了反映

8、過程未來變 化趨勢的信息量，因而能克服不確定性因素和復(fù)雜變化的影響?；疑?預(yù)測控制是預(yù)測控制的一個分支，它需建立灰微分方程，能較好地對 對發(fā)電機的功率偏差、轉(zhuǎn)速偏差、電，N）系統(tǒng)作全面的分析。應(yīng)用 GM（1壓偏差序列值進行建模，經(jīng)全面分析后求出各狀態(tài)量的預(yù)測值， 同時根據(jù)最優(yōu)控制理論求出以預(yù)測值為狀態(tài)變量的被控勵磁控制系 統(tǒng)的最優(yōu)反饋增益，從而得出具有預(yù)測信息的最優(yōu)勵磁控制量。三、 運載火箭的制導(dǎo)和控制把航天器送入預(yù)定的軌道需要用多級火箭運載，其制導(dǎo)和控制系 統(tǒng)必須根據(jù)預(yù)先設(shè)計的發(fā)射彈道來控制火箭發(fā)動機的多次啟動和關(guān) 機，并相應(yīng)地穩(wěn)定和調(diào)整火箭的姿態(tài)，還需要控制級間分離?，F(xiàn)代火 箭制導(dǎo)采用最優(yōu)化理論和小型數(shù)字計算機的迭代制導(dǎo)方法，根據(jù)火箭