机器人技术第一章绪论讲解.ppt

系统辨识与自适应控制 黄其涛、曲志勇 机电工程学院 哈尔滨工业大学 2014年4月22日 参考书目 1、《自适应控制理论与应用》吴振顺编著，哈尔滨工业大学出版社??出版日期:2005.02?? 2、??《系统辨识理论及应用》李言俊 张科，国防工业出版社 2002年7月 3、 《系统辨识与自适应控制Matlab仿真》庞中华等，北京航空航天出版社 2009年8月 4、《自适应控制》吴士昌，臧瀛芝编著，机械工业出版社??出版日期:1990 5、System Identification Toolbox MATLAB Users Guide, The Math Works.Inc. 第 一 章 绪 论 3、系统辨识的基本概念 1、自适应控制与自适应控制对象 2、两类重要的自适应控制系统 4、自适应控制的发展与应用 1.1 控制理论的发展 1、古典控制理论阶段 2、现代控制理论阶段 3、智能控制理论阶段 瓦特 飞球调节器 1770年 现代控制理论 二十世纪60年代 智能控制 二十世纪末 1.1 控制理论的发展 控制理论 控制对象 分析方法 控制策略 古典控制 单输入单输出、 线性定常系统 频率特性分析法 根轨迹分析法 描述函数法 相平面法 反馈控制 PID控制 ……. 现代控制 单输入单输出系统 多输入多输出系统 线性定常系统 非线性时变系统 （状态及参数已知系统） 状态方程 差分方程 极点配置 状态反馈 输出反馈 ……. 智能控制 状态及参数已知 或者未知系统 基于状态空间的分析方法 灵敏度分析法 神经网络算法 模糊逻辑 ……. 最优控制 自适应控制 鲁棒控制 神经网络控制 模糊控制 ……. 1.2 自适应控制与自适应控制对象 一、自适应控制的对象： （1）飞机的控制 （2）过程控制 （3）导弹控制 （4）电力拖动控制 （5）冶金过程 （6）船舶的航线控制 在控制系统设计时，需要考虑以下问题： （1）由于环境、原料特性和生产量的变化或者物理参数改变引起系统传递函数阶次或参数值发生改变。 （2）各种随机扰动。 （3）输入信号类型、大小和特性的变化 （4）系统中存在非线性特性。 1.2 自适应控制与自适应控制对象 二、自适应控制的定义 1962年Gibson:一个自适应控制系统必须提供出被控对象当前状态的连续信息，也就是辨识对象；它必须将当前系统性能与期望的或最优的性能相比较，并作出使系统趋向期望或最优性能的决策；最后，它必须对控制器进行适当的修正，以驱使系统走向最优。 1974年Landau：一个自适应系统，将利用其中的可调系统的各种输入状态和输出来度量某个性能指标；将所测得的性能指标与规定的性能指标相比较；然后，由自适应机构来修正可调系统的参数或者产生一个辅助的输入信号，以保持系统的性能指标接近于规定的指标。 1.2 自适应控制与自适应控制对象 自适应控制系统应具有以下功能： 在线进行系统结构和参数的辨识或系统性能指标的度量，以便得 到系统当前状态的改变情况。 按一定的规律确定当前的控制策略 在线修改控制器的参数或可调系统的输入信号 图1 自适应控制系统原理 1.3 两类重要的自适应控制系统 1、模型参考自适应控制系统（MRACS） 2、自校正控制系统（STCS） 1.3 两类重要的自适应控制系统 图2 模型参考自适应控制系统结构图(MRACS) 1、模型参考自适应控制系统 局部参数最优化法 基于Lyapunov稳定性理论 基于Popov超稳定性理论 1.3 两类重要的自适应控制系统 模型参考自适应控制系统设计方法 1.3 两类重要的自适应控制系统 图3 自校正控制系统 2、自校正控制系统 1.3 两类重要的自适应控制系统 MRAC与STC的区别： 1）调节方法 MRAC参数调节基于参考模型与被控对象输出之间的误差 STC参数调节基于被控对象辨识。 2）设计思想 MRAC 基于保证系统稳定构成自适应调节律； 　　　 STC　基于使系统某一性能指标最优确定自适应调节律。 1.4 系统数学模型的建立方法 系统建模的方法： 1）解析法 从基本物理定律出发，建立机理模型或解析模型 2）测试法 （系统辨识） 利用系统运行和试验试验数据，建立系统模型，