系統(tǒng)辨識(shí)與自適應(yīng)控制第8章自適應(yīng)控制概論

第8章 自適應(yīng)控制概論 8.1 什么是自適應(yīng)控制系統(tǒng) 8.1.1 系統(tǒng)與控制在運(yùn)用系統(tǒng)理論分析研究各種現(xiàn)實(shí)問題過程中，一般遵循4條基本原則。 1）整體性原則 2）結(jié)構(gòu)功能原則 3）目的性原則第2部分 自適應(yīng)控制 4）最優(yōu)化原則圖8.1.1 常規(guī)反饋控制系統(tǒng)原理框圖 8.1.2 常規(guī)反饋控制系統(tǒng)控制器是固定的已知數(shù)學(xué)模型 有一定的克服對(duì)象特性變化的能力 8.1.3 什么是“自適應(yīng)控制”圖8.1.2 自適應(yīng)控制系統(tǒng)原理框圖 1)控制器可調(diào) 2)增加了自適應(yīng)回路 3)適用對(duì)象 計(jì)算機(jī)控制的過程： (a)開機(jī)，施加一定的控制(恒值PI，或手動(dòng)控制)，檢測(cè)u(ih)和y(ih)，以構(gòu)造(8.1.16)和(8.1.17)式； (b)解(8.1.16)和(8.1.17)式,得 和 ,進(jìn)而由 (8.1.18)和(8.1.19)式獲得控制器參數(shù)Ti和K； (c)將控制器參數(shù)調(diào)整為Ti和K，并投入運(yùn)行。 8.2 為什么需要自適應(yīng)控制 8.2.1 常規(guī)控制不能滿足某些問題的要求 圖8.2.1 具有非線性閥的常規(guī)反饋系統(tǒng)原理框圖 8.2.2 什么時(shí)候用自適應(yīng)控制 圖8.2.2 具有非線性閥的常規(guī)反饋系統(tǒng)在不同工作點(diǎn)的階躍響應(yīng)特性 圖8.2.3 兩軸機(jī)器人臂的角速度伺服系統(tǒng)原理框圖 圖8.2.4 兩軸機(jī)器人臂的角速度伺服系統(tǒng)在不同慣性矩下的階躍響應(yīng)特性 8.3 自適應(yīng)控制的方案 8.3.1 增益程序(調(diào)度)控制(Gain Scheduling)圖8.3.1 增益程序（調(diào)度）控制原理框圖 8.3.2 模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)MRAS( Model Reference Adaptive Control System)圖8.3.2 模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)MRAS原理框圖 模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)MRAS的主要特點(diǎn)：通過輸出誤差信號(hào)e(e=y0-y)可以直接表達(dá)控制的性能和質(zhì)量；自適應(yīng)機(jī)構(gòu)不是明顯地去獲得控制u驅(qū)動(dòng)被控過程，而是通過獲得一組控制器可調(diào)參數(shù)去驅(qū)動(dòng)；設(shè)計(jì)主要針對(duì)輸出跟蹤問題。模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)MRAS的主要優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：通常用模擬元件實(shí)現(xiàn)，速度快，實(shí)用價(jià)值明顯。 缺點(diǎn)：理論基礎(chǔ)尚不完善（假設(shè)條件太強(qiáng)），考慮穩(wěn)定性的方法很多，但不明確哪種更好。 8.3.3 自校正控制STC(Slef-Tuning Control)圖8.3.3 自校正控制系統(tǒng)STC原理框圖 值得注意的是自校正控制的主要特點(diǎn)：這種系統(tǒng)的過程建模和控制設(shè)計(jì)都可視為自動(dòng)化的；過程模型和控制設(shè)計(jì)在每個(gè)采樣周期中都要更新一次；強(qiáng)調(diào)這種控制器能自己校正自己的參數(shù)，以得到希望的閉環(huán)系統(tǒng)性能。自校正控制STC與模型參考自適應(yīng)控制MRAS的關(guān)系表現(xiàn)在：都有兩個(gè)回路：內(nèi)回路常規(guī)控制；外回路自適應(yīng)； MRAS源于確定性的伺服問題；STC源于隨機(jī)調(diào)節(jié)問題；內(nèi)環(huán)外環(huán)的設(shè)計(jì)方法不同：如MRAS中調(diào)節(jié)器參數(shù)是直接更新，而STC中調(diào)節(jié)器參數(shù)是經(jīng)由參數(shù)估計(jì)和控制設(shè)計(jì)計(jì)算間接更新。 8.3.4 自整定PID(PID Auto-tuner) 8.4 自適應(yīng)控制的設(shè)計(jì)和理論問題 8.4.1 對(duì)控制器設(shè)計(jì)的基本要求 8.4.2 自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 8.4.3 對(duì)自適應(yīng)控制的理解及主要理論問題（1）隨機(jī)最優(yōu)控制設(shè)被控過程的數(shù)學(xué)模型用隨機(jī)離散-時(shí)間方程表示為：根據(jù)隨機(jī)最優(yōu)控制理論，要求出一個(gè)控制律使得它最小化下列損失函數(shù)： J=EJ (8.4.3)當(dāng)前的研究結(jié)果僅能對(duì)特定的控制系統(tǒng)求解，即(8.4.1)，(8.4.2)滿足條件：G1,G2都是線性函數(shù)；I是二次型目標(biāo)函數(shù)；v,都是高斯分布的隨機(jī)向量序列。（2）對(duì)自適應(yīng)控制的理解根據(jù)上述討論，對(duì)自適應(yīng)控制可以有如下的基本認(rèn)識(shí)： 假設(shè)模型是自適應(yīng)控制的基礎(chǔ)；總是與假設(shè)模型的系數(shù)的不確定性有關(guān)；是一種次最優(yōu)的方法。（3）自適應(yīng)控制的理論問題主要包括3個(gè)方面，即穩(wěn)定性、參數(shù)收斂性和魯棒性。穩(wěn)定性參數(shù)收斂性魯棒性