自適應(yīng)控制和魯棒控制

第九章自適應(yīng)控制和魯棒控制自適應(yīng)控制是建立在系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型參數(shù)未知的基礎(chǔ)上，而且隨著系統(tǒng)行為的變化，自適應(yīng)控制也會(huì)相應(yīng)的改變控制器的參數(shù)，以適應(yīng)其特性的變化，保證整個(gè)系統(tǒng)的性能指標(biāo)達(dá)到令人滿意的結(jié)果。自適應(yīng)控制開始于20世紀(jì)50年代，近年來隨著控制理論與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，自適應(yīng)控制也得到了很大的發(fā)展，而且在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用也逐漸廣泛。1一個(gè)自適應(yīng)控制系統(tǒng)應(yīng)至少包括下述三個(gè)部分：（1）具有一個(gè)測量或估計(jì)環(huán)節(jié)，能對過程和環(huán)境進(jìn)行監(jiān)視，并對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分類以消除數(shù)據(jù)中噪聲的能力。（2）具有衡量系統(tǒng)的控制效果好壞的性能指標(biāo)，并且能夠測量或計(jì)算性能指標(biāo)，判斷系統(tǒng)是否偏離最優(yōu)狀態(tài)。（3）具有自動(dòng)調(diào)整控制規(guī)律活控制器參數(shù)的能力。實(shí)質(zhì)上，自適應(yīng)控制是辨識和控制技術(shù)的結(jié)合，一般框圖如圖9-1所示。2這類系統(tǒng)對環(huán)境條件或過程參數(shù)的變化用一些簡單的方法辯識出來，控制算法亦很簡單。在不少情況下，實(shí)際上是一種非線性控制系統(tǒng)或采用自整定調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)。34控制決策控制器品質(zhì)評價(jià)或參數(shù)估計(jì)過程r-uy圖9-1自適應(yīng)控制系統(tǒng)的一般框圖自適應(yīng)控制系統(tǒng)有：簡單自適應(yīng)控制系統(tǒng)，模型參考型自適應(yīng)控制系統(tǒng)，自校正系統(tǒng)59.1簡單自適應(yīng)控制系統(tǒng)9.1.1依據(jù)偏差來自動(dòng)調(diào)整控制算法6KsXf(e)

Gosyr_e圖9-2依據(jù)偏差的簡單自適應(yīng)控制系統(tǒng)圖如果采用PI算法，則：79.1.2自整定調(diào)節(jié)器8繼電型自整定繼電型自整定的基本思想是，在控制系統(tǒng)中設(shè)置兩種模式：測試模式和控制模式。在測試模式下，用一個(gè)滯環(huán)寬度為，幅值為的繼電器代替控制器（如圖9-3a所示），利用其非線性，使系統(tǒng)處于等幅振蕩（極限環(huán)）。測取系統(tǒng)的振蕩周期和振幅，以便能利用臨界比例度法的經(jīng)驗(yàn)公式；在控制模式下，控制器使用整定后的參數(shù)，對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行控制。如果對象特性發(fā)生變化，可重新進(jìn)入測試模式，再進(jìn)行測試，以求得新的整定參數(shù)。99-3(b)9-3(a)YEWSERIES-80自整定PID控制器10

9.2模型參考型自適應(yīng)系統(tǒng)模型參考型自適應(yīng)控制系統(tǒng)主要用于隨動(dòng)系統(tǒng)，一開始用于飛機(jī)的自動(dòng)駕駛方面。11控制器參數(shù)調(diào)整參考模型過程r-emyymu內(nèi)回路外回路圖9-4模型參考型自適應(yīng)控制系統(tǒng)輸入r(t)一方面送到控制器，產(chǎn)生控制作用，對過程進(jìn)行控制，系統(tǒng)的輸出為y(t);另一方面送往參考模型，起輸出為ym(t)，體現(xiàn)了預(yù)期品質(zhì)的要求。把y(t)和ym(t)進(jìn)行比較，其偏差送往自適應(yīng)機(jī)構(gòu)，進(jìn)而改變控制器參數(shù)，使y(t)能夠更好地接近ym(t)。目前設(shè)計(jì)自適應(yīng)控制規(guī)律的方法有三種：參數(shù)優(yōu)化法；基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論方法；利用超穩(wěn)定性來設(shè)計(jì)的方法。129.2.1參數(shù)優(yōu)化方法該方法以20世紀(jì)60年代初期MIT為飛機(jī)自動(dòng)駕駛而設(shè)計(jì)的MIT系統(tǒng)為代表，體現(xiàn)了這類系統(tǒng)的基本思想。1314實(shí)際過程參考模型參數(shù)調(diào)整Kcrymey(a)原理圖輸入r(t)一方面送入控制器Kc，產(chǎn)生控制作用u(t)，對過程產(chǎn)生控制，系統(tǒng)的輸出為y(t)；另一方面送往參考模型，其輸出ym(t)體現(xiàn)了