机电系统建模辨识与控制04.pdf

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机电系统建模辨识与控制04

第四章 新型控制算法及应用 Chapter 4 Advanced Control Algorithms Applications  自适应控制理论与方法  极点配置控制算法  运动控制系统的“PID+前馈+滤波”控制 4.1 自适应控制理论与方法 4.1.1 概 述 任何一个动态系统,通常都具有程度不同的不确定性。这 种不确定性因素的产生主要由于: ⑴ 系统的输入包含有随机扰动,如飞行器飞行过程中的阵风; ⑵ 系统的测量传感器具有测量噪声; 以上两者又称为不确定性的(或随机的)环境因素。 ⑶ 系统数学模型的参数甚至结构具有不确定性。如导弹控 制系统中气动力参数随导弹飞行高度、速度、导弹质量及重 心的变化而变化。 点击图片观看 在只存在不确定环境因素,但系统模型具有确定性的情况 下,这是随机控制需要解决的问题;而自适应控制是解决具有 数学模型不确定性为特征的最优控制问题。这时如果系统基本 工作于确定环境下,则称为确定性自适应控制;如果系统工作 于随机环境下,则称为随机自适应控制。 自适应控制的提法可归纳为: 在系统数学模型不确定的条件下(工作环境可以是基本 确定的或是随机的),要求设计控制规律,使给定的性能指 标尽可能达到及保持最优。 为了完成以上任务,自适应控制必须首先要在工作过程 中不断地在线辨识系统模型(结构及参数)或性能,作为形 成及修正最优控制的依据,这就是所谓的自适应能力,它是 自适应控制主要特点。 最早的自适应控制方案是在五十年代末由美国麻省理工学 院怀特克(Whitaker )首先提出飞机自动驾驶仪的模型参考自 适应控制方案。自适应控制是自动控制领域中的一个新分支, 三十多年来取得了很大的发展,并得到了广泛的重视。 自动驾驶仪 到目前为止,在先进的科技领域出现了许多形式不同的 自适应控制方案,但比较成熟并已获得实际应用的可以概括 成两大类: ⑴ 模型参考自适应控制; ⑵ 自校正控制。 自适应控制的应用领域 自适应系统的原理框图 干扰v(t) 参考输入r(t) 控制量u(t) 输出量y (t) 控制器 被控对象 自适应器 自适应系统主要由控制器、被控对象、自适应器及反馈 控制回路和自适应回路组成。 与常规反馈控制系统比较,自适应控制系统有三个显著特点: 控制器可调 相对于常规反馈控制器固定的结构和参数,自适应控制 系统的控制器在控制的过程中一般是根据一定的自适应规则, 不断更改或变动的; 增加了自适应回路 自适应控制系统在常规反馈控制系统基础上增加了自适 应回路(或称自适应外环),它的主要作用就是根据系统运 行情况,自动调整控制器,以适应被控对象特性的变化; 适用对象 自适应控制适用于被控对象特性未知或扰动特性变化范 围很大,同时又要求经常保持高性能指标的一类系统,设计 时不需要完全知道被控对象的数学模型。 参数估计 干扰 参数未知 阶估计 阶未知 输入 输出 被控对象 最小二乘法、 适应跟踪控制、 随机梯度法、 估计器 适应LQ控制、 最小均方法、

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