自適應控制系統(tǒng)(共6頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上自適應控制系統(tǒng) 班級： 姓名： 學號：自適應控制 自適應控制包括模型參考自適應控制和自校正控制兩個分支。前者是20世紀50年代建立起來的，它是通過自適應機構來克服系統(tǒng)模型參數(shù)的不確定性；后者是瑞典學者Astrom1973年提出的，它是通過在線估計系統(tǒng)模型參數(shù)，進而修改控制器的參數(shù)，以使系統(tǒng)適應環(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控制中的成功應用，使得基于穩(wěn)定性分析的模型參考自適應控制系統(tǒng)的設計得到了蓬勃發(fā)展，形成模型參考自適應控制的完整理論體系和設計方法；秋收斂定理由于在研究自校正控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性有獨到之處，使得基于參數(shù)估計的

2、自校正控制系統(tǒng)研究取得了突破性進展。 自適應控制的概念在反饋控制和最優(yōu)控制中，都假定被控對象或過程的數(shù)學模型是已知的，并且具有線性定常的特性。實際上在許多工程中，被控對象或過程的數(shù)學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)學模型，在工況和條件改變了以后，其動態(tài)參數(shù)乃至于模型的結構仍然經(jīng)常發(fā)生變化。在發(fā)生這些問題時，常規(guī)控制器不可能得到很好的控制品質(zhì)。為此，需要設計一種特殊的控制系統(tǒng)，它能夠自動地補償在模型階次、參數(shù)和輸入信號方面非預知的變化，這就是自適應控制。自適應控制簡介自適應控制的研究對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”是指描述被控對象及其環(huán)境的數(shù)學模型不是完

3、全確定的，其中包含一些未知因素和隨機因素。任何一個實際系統(tǒng)都具有不同程度的不確定性，這些不確定性有時表現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)部，有時表現(xiàn)在系統(tǒng)的外部。從系統(tǒng)內(nèi)部來講，描述被控對象的數(shù)學模型的結構和參數(shù)，設計者事先并不一定能準確知道。作為外部環(huán)境對系統(tǒng)的影響，可以等效地用許多擾動來表示。這些擾動通常是不可預測的。此外，還有一些測量時產(chǎn)生的不確定因素進入系統(tǒng)。面對這些客觀存在的各式各樣的不確定性，如何設計適當?shù)目刂谱饔?，使得某一指定的性能指標達到并保持最優(yōu)或者近似最優(yōu)，這就是自適應控制所要研究解決的問題。自適應控制和常規(guī)的反饋控制和最優(yōu)控制一樣，也是一種基于數(shù)學模型的控制方法，所不同的只是自適應控制所依據(jù)的關

4、于模型和擾動的先驗知識比較少，需要在系統(tǒng)的運行過程中去不斷提取有關模型的信息，使模型逐步完善。具體地說，可以依據(jù)對象的輸入輸出數(shù)據(jù)，不斷地辨識模型參數(shù)，這個過程稱為系統(tǒng)的在線辯識。隨著生產(chǎn)過程的不斷進行，通過在線辯識，模型會變得越來越準確，越來越接近于實際。既然模型在不斷的改進，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。在這個意義下，控制系統(tǒng)具有一定的適應能力。比如說，當系統(tǒng)在設計階段，由于對象特性的初始信息比較缺乏，系統(tǒng)在剛開始投入運行時可能性能不理想，但是只要經(jīng)過一段時間的運行，通過在線辯識和控制以后，控制系統(tǒng)逐漸適應，最終將自身調(diào)整到一個滿意的工作狀態(tài)。再比如某些控制對象，

5、其特性可能在運行過程中要發(fā)生較大的變化，但通過在線辯識和改變控制器參數(shù)，系統(tǒng)也能逐漸適應。常規(guī)的反饋控制系統(tǒng)對于系統(tǒng)內(nèi)部特性的變化和外部擾動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，所以當系統(tǒng)內(nèi)部特性變化或者外部擾動的變化幅度很大時，系統(tǒng)的性能常常會大幅度下降，甚至是不穩(wěn)定。所以對那些對象特性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)，采取自適應控制是合適的。但是同時也應當指出，自適應控制比常規(guī)反饋控制要復雜的多，成本也高的多，因此只是在用常規(guī)反饋達不到所期望的性能時，才會考慮采用。自適應控制的分類1.增益自適應控制2.模型參考自適應控制（MRAC）3.自校正

6、控制（STC）4.直接優(yōu)化目標函數(shù)自適應控制5.模糊自適應控制6.多模型自適應控制7.自適應逆控制自適應控制的主要類型 自適應系統(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），這類自適應系統(tǒng)的一個主要特點是在線辨識對象數(shù)學模型的參數(shù)，進而修改控制器的參數(shù)。1 模型參考自適應控制系統(tǒng)這類自適應控制系統(tǒng)設計方法的理論基礎為局部參數(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)此類自適應控制系統(tǒng)設計方法的理論基礎為

7、系統(tǒng)辨識和隨機最優(yōu)控制理論。3 自適應控制的原理框圖自適應控制的主要理論問題 無論是時不變線性系統(tǒng)，還是時變非線性系統(tǒng)，它們與自適應機構所構成的自適應控制系統(tǒng)都是非線性時變系統(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，設計自適應控制系統(tǒng)應以保證系統(tǒng)全局穩(wěn)定為原則。如今，隨著模型參考自適應控制的發(fā)展，各種各樣的自適應控制律會不斷誕生，要保證系統(tǒng)全局穩(wěn)定也很困難，特別是因為系統(tǒng)是本質(zhì)非線性時變的，故當系統(tǒng)存在未建模動態(tài)或隨機干擾時，要證明自適應控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性就更困難了。2 收斂性對于一些自適應系統(tǒng)收斂性的結論都是在一些相當強的假設條件下獲得的，并且與具

8、體的算法密切相關。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雜的系統(tǒng)模型上。3 魯棒性 目前，參考模型自適應控制系統(tǒng)一般都是針對被控對象結構已知而參數(shù)未知的情況進行設計的，而實際被控對象結構往往難以確切知道，所獲得的對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，即未建模動態(tài)。計算機仿真表明，這種未建模型動態(tài)可能引起自適應控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定，關鍵原因是自適應控制系統(tǒng)是非線性時變的，而對于線性反饋控制系統(tǒng)，只有設計的系統(tǒng)有足夠的穩(wěn)定裕量，這種未建模動態(tài)是不致于破壞系統(tǒng)穩(wěn)定性的。這就提出了自適應控制的魯棒性問題。4 性能指標一個自適應控制系統(tǒng)能很好地工作，不僅要求所設計的系統(tǒng)穩(wěn)定，

9、而且還有滿足一定的性能指標要求。由于自適應控制系統(tǒng)是非線性時變的，初始條件的變化或未建模動態(tài)的存在都勢必要改變系統(tǒng)的運動軌跡，因此，分析自適應控制系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)是極其困難的。目前，這方面的成果還很少見。自適應控制的特點1、控制器可調(diào)相對于常規(guī)反饋控制器固定的結構和參數(shù)，自適應控制系統(tǒng)的控制器在控制的過程中一般是根據(jù)一定的自適應規(guī)則，不斷更改或變動的；2、增加了自適應回路自適應控制系統(tǒng)在常規(guī)反饋控制系統(tǒng)基礎上增加了自適應回路（或稱自適應外環(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，以適應被控對象特性的變化；3、適用對象自適應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

10、經(jīng)常保持高性能指標的一類系統(tǒng)，設計時不需要完全知道被控對象的數(shù)學模型。自適應控制的發(fā)展概況 自適應控制系統(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)燃機達到最佳性能的控制系統(tǒng)，這種類型的控制能力能自動的達到最優(yōu)的操作點，所以叫做最優(yōu)控制或極值控制。而自適應這一專業(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也提出一個控制系統(tǒng)具有“自適應”的概念。自適應控制發(fā)展的重要標志是在1958年Whitaker及同事設計的一種自適應飛機控制系統(tǒng)。 1960年Li和Van Der Velde提出的自適應控制系統(tǒng)，它的控制回路中用一個極限環(huán)使參數(shù)不確定性得到自動補償，這樣的系統(tǒng)稱為自振蕩的自適應系統(tǒng)。 Petror等人在1963年介紹一種自適應系統(tǒng)，它的