系统辨识与自适应控制第8章自适应控制概论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第8章 自适应控制概论,8.1 什么是自适应控制系统,8.1.1 系统与控制,在运用系统理论分析研究各种现实问题过程中，一般遵循4条根本原那么。,1整体性原那么,2结构功能原那么,3目的性原那么,第2局部 自适应控制,4最优化原那么,图8.1.1 常规反响控制系统原理框图,8.1.2 常规反响控制系统,控制器是固定的,数学模型,有一定的克服对象特性变化的能力,8.1.3 什么是“自适应控制,图8.1.2 自适应控制系统原理框图,1)控制器可调,2)增加了自适应回路,3)适用对象,计算机控制的过程：,(a)开机，施加一定的控制(恒值PI，或手动控制)，检测,u,(,ih,)和,y,(,ih,)，以构造(8.1.16)和(8.1.17)式；,(b)解(8.1.16)和(8.1.17)式,得 和 ,进而由,(8.1.18)和(8.1.19)式获得控制器参数,T,i,和,K,；,(c)将控制器参数调整为,T,i,和,K,，并投入运行。,8.2 为什么需要自适应控制,8.2.1 常规控制不能满足某些问题的要求,图8.2.1 具有非线性阀的常规,反响系统原理框图,8.2.2 什么时候用自适应控制,图8.2.2 具有非线性阀的常规反响系,统在不同工作点的阶跃响应特性,图8.2.3 两轴机器人臂的角,速度伺服系统原理框图,图8.2.4 两轴机器人臂的角速度伺服系,统在不同惯性矩下的阶跃响应特性,8.3 自适应控制的方案,8.3.1 增益程序(调度)控制(Gain Scheduling),图8.3.1 增益程序调度控制原理框图,8.3.2 模型参考自适应控制系统MRAS(Model Reference Adaptive Control System),图8.3.2 模型参考自适应控制系统MRAS原理框图,模型参考自适应控制系统MRAS的主要特点：,通过输出误差信号,e,(,e,=,y,0,-,y,)可以直接表达控制的性能和质量；,自适应机构不是明显地去获得控制,u,驱动被控过程，而是通过获得一组控制器可调参数去驱动；,设计主要针对输出跟踪问题。,模型参考自适应控制系统MRAS的主要优缺点：,优点：通常用模拟元件实现，速度快，实用价值明显。,缺点：理论根底尚不完善假设条件太强，考虑稳定性的方法很多，但不明确哪种更好。,8.3.3 自校正控制STC(Slef-Tuning Control),图8.3.3 自校正控制系统STC原理框图,值得注意的是自校正控制的主要特点：,这种系统的过程建模和控制设计都可视为自动化的；,过程模型和控制设计在每个采样周期中都要更新一次；,强调这种控制器能自己校正自己的参数，以得到希望的闭环系统性能。,自校正控制STC与模型参考自适应控制MRAS的关系表现在：,都有两个回路：内回路常规控制；外回路自适应；,MRAS源于确定性的伺服问题；STC源于随机调节问题；,内环外环的设计方法不同：如MRAS中调节器参数是直接更新，而STC中调节器参数是经由参数估计和控制设计计算间接更新。,8.3.4 自整定PID(PID Auto-tuner),8.4 自适应控制的设计和理论问题,8.4.1 对控制器设计的根本要求,8.4.2 自适应控制器设计的主要内容,8.4.3 对自适应控制的理解及主要理论问题,1随机最优控制,设被控过程的数学模型用随机离散-时间方程表示为：,根据随机最优控制理论，要求出一个控制律使得它最小化以下损失函数：,J=EJ (8.4.3),当前的研究结果仅能对特定的控制系统求解，即(8.4.1)，(8.4.2)满足条件：,G1,G2都是线性函数；,I是二次型目标函数；,v,都是高斯分布的随机向量序列。,2对自适应控制的理解,根据上述讨论，对自适应控制可以有如下的根本认识：,假设模型是自适应控制的根底；,总是与假设模型的系数的不确定性有关；,是一种次最优的方法。,3自适应控制的理论问题,主要包括3个方面，即稳定性、参数收敛性和鲁棒性。,稳定性,参数收敛性,鲁棒性,