機器人技術第一章緒論

機器人技術第一章緒論第一頁，共25頁。1、《自適應控制理論與應用》吳振順編著，哈爾濱工業(yè)大學出版社

出版日期:2005.02

2、

《系統(tǒng)辨識理論及應用》李言俊張科，國防工業(yè)出版社2002年7月3、《系統(tǒng)辨識與自適應控制Matlab仿真》龐中華等，北京航空航天出版社2009年8月4、《自適應控制》吳士昌，臧瀛芝編著，機械工業(yè)出版社

出版日期:19905、SystemIdentificationToolboxMATLABUser'sGuide,TheMathWorks.Inc.第二頁，共25頁。3、系統(tǒng)辨識的基本概念1、自適應控制與自適應控制對象2、兩類重要的自適應控制系統(tǒng)4、自適應控制的發(fā)展與應用第三頁，共25頁。

1、古典控制理論階段2、現(xiàn)代控制理論階段3、智能控制理論階段瓦特飛球調(diào)節(jié)器1770年現(xiàn)代控制理論二十世紀60年代智能控制二十世紀末第四頁，共25頁?？刂评碚摽刂茖ο蠓治龇椒刂撇呗怨诺淇刂茊屋斎雴屋敵觥⒕€性定常系統(tǒng)頻率特性分析法根軌跡分析法描述函數(shù)法相平面法反饋控制PID控制…….現(xiàn)代控制單輸入單輸出系統(tǒng)多輸入多輸出系統(tǒng)線性定常系統(tǒng)非線性時變系統(tǒng)（狀態(tài)及參數(shù)已知系統(tǒng)）狀態(tài)方程差分方程極點配置狀態(tài)反饋輸出反饋…….智能控制狀態(tài)及參數(shù)已知或者未知系統(tǒng)基于狀態(tài)空間的分析方法靈敏度分析法神經(jīng)網(wǎng)絡算法模糊邏輯…….最優(yōu)控制自適應控制魯棒控制神經(jīng)網(wǎng)絡控制模糊控制…….第五頁，共25頁。一、自適應控制的對象：（1）飛機的控制（2）過程控制（3）導彈控制（4）電力拖動控制（5）冶金過程（6）船舶的航線控制在控制系統(tǒng)設計時，需要考慮以下問題：

（1）由于環(huán)境、原料特性和生產(chǎn)量的變化或者物理參數(shù)改變引起系統(tǒng)傳遞函數(shù)階次或參數(shù)值發(fā)生改變。（2）各種隨機擾動。（3）輸入信號類型、大小和特性的變化（4）系統(tǒng)中存在非線性特性。第六頁，共25頁。二、自適應控制的定義

1962年Gibson:一個自適應控制系統(tǒng)必須提供出被控對象當前狀態(tài)的連續(xù)信息，也就是辨識對象；它必須將當前系統(tǒng)性能與期望的或最優(yōu)的性能相比較，并作出使系統(tǒng)趨向期望或最優(yōu)性能的決策；最后，它必須對控制器進行適當?shù)男拚则屖瓜到y(tǒng)走向最優(yōu)。

1974年Landau：一個自適應系統(tǒng)，將利用其中的可調(diào)系統(tǒng)的各種輸入狀態(tài)和輸出來度量某個性能指標；將所測得的性能指標與規(guī)定的性能指標相比較；然后，由自適應機構來修正可調(diào)系統(tǒng)的參數(shù)或者產(chǎn)生一個輔助的輸入信號，以保持系統(tǒng)的性能指標接近于規(guī)定的指標。第七頁，共25頁。自適應控制系統(tǒng)應具有以下功能：在線進行系統(tǒng)結構和參數(shù)的辨識或系統(tǒng)性能指標的度量，以便得到系統(tǒng)當前狀態(tài)的改變情況。按一定的規(guī)律確定當前的控制策略在線修改控制器的參數(shù)或可調(diào)系統(tǒng)的輸入信號圖1自適應控制系統(tǒng)原理第八頁，共25頁。1、模型參考自適應控制系統(tǒng)（MRACS）2、自校正控制系統(tǒng)（STCS）第九頁，共25頁。圖2模型參考自適應控制系統(tǒng)結構圖(MRACS)1、模型參考自適應控制系統(tǒng)第十頁，共25頁。局部參數(shù)最優(yōu)化法基于Lyapunov穩(wěn)定性理論基于Popov超穩(wěn)定性理論模型參考自適應控制系統(tǒng)設計方法第十一頁，共25頁。圖3自校正控制系統(tǒng)2、自校正控制系統(tǒng)第十二頁，共25頁。MRAC與STC的區(qū)別：1）調(diào)節(jié)方法

MRAC參數(shù)調(diào)節(jié)基于參考模型與被控對象輸出之間的誤差

STC參數(shù)調(diào)節(jié)基于被控對象辨識。

2）設計思想

MRAC基于保證系統(tǒng)穩(wěn)定構成自適應調(diào)節(jié)律；

STC基于使系統(tǒng)某一性能指標最優(yōu)確定自適應調(diào)節(jié)律。第十三頁，共25頁。系統(tǒng)建模的方法：

1）解析法從基本物理定律出發(fā)，建立機理模型或解析模型

2）測試法（系統(tǒng)辨識）利用系統(tǒng)運行和試驗試驗數(shù)據(jù)，建立系統(tǒng)模型，確定系統(tǒng)模型的結構和參數(shù)。系統(tǒng)數(shù)學模型：就是利用數(shù)學結構（表格、圖形以及各種數(shù)學方程：代數(shù)方程、微積分方程以及方程組、傳遞函數(shù)、狀態(tài)方程、差分方程等）來反映系統(tǒng)內(nèi)部之間、內(nèi)部與某些外部因素之間的精確的定量關系。第十四頁，共25頁。系統(tǒng)建模的基本原則：

1）建模目的要明確

2）模型的物理概念要明確

3）系統(tǒng)具有可辨識性即模型結構合理，輸入信號持續(xù)激勵，數(shù)據(jù)充足。

4）符合節(jié)省原理即被辨識模型參數(shù)的個數(shù)要盡量少。第十五頁，共25頁。

L.A.Zadeh[1962]

：系統(tǒng)辨識就是在輸入和輸出數(shù)據(jù)的基礎上，從一組給定的模型類中，確定一個與所測系統(tǒng)等價的模型。P.Ekyhoff[1974]

：辨識問題可以歸結為用一個模型來表示客觀系統(tǒng)本質特征的一種演算，并用這個模型把對客觀系統(tǒng)的理解表示成有用的形式。L.Ljung[1978]

：辨識就是按照一個準則在一組模型類中選擇一個與數(shù)據(jù)擬合得最好的模型。系統(tǒng)辨識的典型定義：

第十六頁，共25頁。圖4系統(tǒng)辨識結構圖系統(tǒng)辨識的基本原理：根據(jù)被辨識系統(tǒng)的認識進行試驗。將試驗測定值與設定模型輸出進行比較。根據(jù)一定的辨識算法進行參數(shù)修正和狀態(tài)估計。直至辨識誤差趨向于零。第十七頁，共25頁。系統(tǒng)辨識的步驟：圖5系統(tǒng)辨識的一般步驟1.明確辨識目的；2.掌握先驗知識；3.實驗設計；4.數(shù)據(jù)預處理；5.模型結構辨識；6.模型參數(shù)辨識；7.模型檢驗；第十八頁，共25頁。系統(tǒng)辨識圖6對接機構綜合試驗臺運動模擬器第十九頁，共25頁。圖7三向六自由度液壓振動臺第二十頁，共25頁。在線辨識控制系統(tǒng)圖8

JAGUAR振動臺控制系統(tǒng)及動態(tài)信號分析第二十一頁，共25頁。在線辨識自適應控制系統(tǒng)圖9在線辨識的自適應控系統(tǒng)第二十二頁，共25頁。（a）自適應控制系統(tǒng)(b)在線辨識系統(tǒng)第二十三頁，共25頁。發(fā)展歷史：1、首先由Draper和Li于1951年提出；2、自適應名詞由Tsien于1954年在《工程控制論》中首次提出；3、Whitaker及其同事設計了一種自適應飛機飛行控制系統(tǒng)。模型參考自適應系統(tǒng)。Parks利用Lyapunov穩(wěn)定定理以及Landau利用Popov超穩(wěn)定定理設計發(fā)展了MRAC。1974年Monopoli提出增廣誤差信號法