自适应控制-绪论

单击此处编辑母版标题样式,控制、滤波、预报,自适应控制技术,自适应技术的工程背景,不确定性，高性能要求,适应变化，提高性能,内涵,自适应控制、自适应滤波、自适应预报,目的,了解相关概念、定义、发展过程、已有理论和成果,掌握基本理论、基本方案及设计方法,进行新的理论和应用研究，如何开展研究,课程特点,存在问题,解决问题,问题驱动,习题,20%,、仿真作业,20%,、考试,60%,引 言,关于自动控制器的设计,1.,自适应问题的提出,1.,自适应问题的提出,1.,自适应问题的提出,1.,自适应问题的提出,2.,控制方案基本类型,开环控制,控制量不是输出量的函数,适于对象确定、无内外扰动情况,结构简单，效果好,闭环控制,控制量是输出量的函数,适应较小不确定性,对一般小扰动具有鲁棒性，对大扰动，系统不稳定,系统灵敏度函数,被控对象变化程度引起系统传递函数变化程度的大小,开环 大于闭环,开环与闭环控制,系统灵敏度函数,系统传递函数,T,对,P,微分,灵敏度函数,开环系统,2.,控制方案基本类型,开环与闭环控制,稳定性？鲁棒性与性能？,2.,控制方案基本类型,鲁棒性与性能矛盾,非结构性模型扰动,标称系统,稳定性条件,标称传函与灵敏度,鲁棒性要求：,最好使 小些，使 大些，降低系统对建模误差的灵敏度。,控制性能要求：,尽可能使 小些，使 大些。希望性能好，就必须牺牲鲁棒性，反之亦然。,2.,控制方案基本类型,鲁棒性与性能矛盾,在设计固定增益的控制系统时，关键问题是应确定系统性能和鲁棒性必须占有优势的频率范围。,自适应控制的价值在于它能够降低模型的不确定性，因而有可能在一个宽广的频率范围内得到良好的性能。,灵敏度与系统增益、带宽之间的关系,2.,控制方案基本类型,开环与闭环控制,对象特性变化的影响,2.,控制方案基本类型,开环与闭环控制,2.,控制方案基本类型,开环与闭环控制,对象特性变化的对开、闭环系统影响,对象特性变化的对开、闭环系统影响,2.,控制方案基本类型,开环与闭环控制,2.,控制方案基本类型,增益调参控制,2.,控制方案基本类型,增益调参控制,2.,控制方案基本类型,最优控制,控制品质高,可观，,60,相位裕度，,增益裕度,不确定或扰动,系统性能下降，甚至不稳定,2.,控制方案基本类型,鲁棒控制,W,：系统外部输入或扰动信号，,z,：,系统受控输出,基于最坏情况下的设计，保守性？,鲁棒控制：以不变应万变，牺牲性能获得对不确定性的鲁棒性,自适应控制：以变应变，降低模型不确定性来获得良好的性能,3.,自适应控制的定义和要素,定义,能在线了解对象,通过可调控制器综合控制量,根据所确定的性能指标，进行自适应调节,三要素,感知能力,在线实时了解对象：测量对象输出与参考输出,之差；直接辨识系统参数,适应环节,可调控制器：调节控制器参数；直接综合有效,控制量,适应机制,面向目标性能的适应机制：,4.,自适应控制主要类型,(1),模型参考自适应控制,/,直接自适应控制,并行结构,(Model Reference Adaptive,Control,MRAC,),感知对象,适应机制,适应环节,三要素,设计准则,MIT,调节律：梯度法调节控制器参数，使,李雅普洛夫稳定性设计准则：确定调参律，使系统李,.,稳定，,超稳定性设计准则,:,确定调参律，使系统超稳定，,方案,并行结构,4.,自适应控制主要类型,(1),模型参考自适应控制,串行行结构,4.,自适应控制主要类型,(2),自校正控制,/,间接自适应控制,(Self Turning,Regulator,STR,),方案,三要素,设计准则,参数辨识：最小二乘法，,最小方差：使对象输出对某一给定值的偏差最小,极点配置：使对象动态特性与给定理想动态系统特性偏差最小,感知对象,适应环节,适应机制,Automatic Control vs. Autonomous Control,4.,自适应控制主要类型,直接自适应控制与间接自适应控制区别,间接自适应控制需要跌代估计对象参数，然后应用该估计,参数更新控制器参数,直接自适应控制直接更新控制器参数，不需要显式的对象,参数辨识,5.,自适应滤波与预报,控制,已知干扰和对象模型，设计常规控制器，提高稳定性和品质,未知干扰和对象模型，设计自适应控制器，提高稳定性和品质,滤波,已知信号和噪声模型，设计常规滤波器，提高信噪比,未知信号和噪声模型，设计自适应滤波器，提高信噪比,预测,已知时间序列模型，设计常规预报器，使预报误差最小,未知时间序列模型，设计自适应预报器，使预报误差最小,5.,自适应滤波与预报,方案,三要素,设计准则,设计自适应滤波器，提高信噪比,设计自适应预报器，使预报误差最小,四类：自适应状态估计、自适应信号重构、自适应噪声抑制、,自适应预报,适应环节,适应机制,感知对象,6.,自适应控制、滤波和预报异同,相同点,：,三要素,了解对象，适应机制，可调环节,(,控制器、,滤波器、预报器,),不同点,7.,自适应控制技术主要理论问题,主要理论研究问题,稳定性,收敛性,鲁棒性,自适应控制与自动控制其它领域之间关系,8.,自适应控制技术的发展,8.,自适应控制技术的发展,智能自适应控制技术：神经网络、模糊逻辑,自适应技术向决策层、组织层扩展,8.,自适应控制技术的发展,9.,自适应控制技术的典型应用,天文望远镜位置控制,MRAC,原因：激光跟踪光束窄，位置控制精度要求高，结构参,数随位置变化大,应用,MRAC,，提高了跟踪精度，非线性影响减少,造纸机的自适应控制,STR,原因：不确定性极大，更换产品工艺参数困难，,PID,质量差,应用,STR,，质量提高，成本下降，自动更换产品工艺参数,心电图仪器的自适应噪声抑制,原理：市电,50,周与心跳频率接近,应用自适应噪声抑制，滤去,50,周交流噪声,谢谢！,