第1章_自适应控制概述.ppt

自适应控制 学时：32学时 教学要求： ?1、了解自适应控制的基本概念，自适应控制系统的构 成原理，实际工程系统中应用自适应控制的现状及 国内外研究动态； 2、掌握两类比较基本和成熟的自适应控制系统：模 型参考自适应控制（基于确定性、连续时间系统的 辨识和控制问题）和自校正控制（基于确定性、离 散时间系统的参数估计和控制问题）； 3、应用MATLAB作为计算机仿真实验工具，进行简单自适应控制系统的设计与分析。 第一章 概述 第一节　自适应控制的任务 第二节　自适应控制的相关定义 第三节　自适应控制的发展概况 第四节　自适应控制系统的主要类型 第五节　自适应控制的主要理论问题 第一节　自适应控制的任务 1.1 现代控制理论的局限性 1.2 自适应控制的任务 1.1 现代控制理论的局限性 传统的控制理论与控制工程中，当对象是线性定常、并且完全已知的时候，才能进行分析和控制器设计。 无论采用频域方法，还是状态空间方法，对象一定是已知的。 如：在线性对象已知的情况下，可以进行诸如稳定性分析、超前滞后校正环节设计、极点配置（状态反馈）、最优控制器设计等一系列控制系统的分析和综合工作。 这类方法称为基于完全模型的方法。 在模型能够精确地描述实际对象时，基于完全模型的控制方法可以进行各种分析、综合，并得到可靠、精确和满意的控制效果。 1.1 现代控制理论的局限性（续） 必须基于系统的参数模型 模型不确定性、实施效果不理想等特点 现有理论不适于工业系统的控制；如反馈控制和最优控制系统中，均假设被控对象的数学模型已知而且确定。 1.1 现代控制理论的局限性（续） 然而,有一些实际被控系统的数学模型是很难事先通过机理建模或离线系统辨识来确知的,或者它们的数学模型的某些参数或结构是处于变化之中的. 对于这类事先难以确定数学模型的系统,通过事先整定好控制器参数的常规控制往往难以对付. 1.1 现代控制理论的局限性（续） 这种被控系统的特性未知或处于变化之中,有如下几个原因: (1)由于被控系统本身的复杂性或所处的环境的恶劣等因素,使得事先确定系统的数学模型非常困难或代价太高. 如有些化工反应过程机理建模太复杂难以进行,又因代价太高而不容许通过反复实验以获取系统运行数据并用离线系统辨识的方法来建模. (2)工作情况的改变引起系统参数的改变.例如 轧钢过程的卷取过程的惯性等会随着钢卷的直径而变化; 机械手的动态特性会随机械手的伸屈而大范围内变化. 1.1 现代控制理论的局限性（续） (3)环境变化引起系统参数的改变.例如 飞行器在低空和高空的气动特性相差很大; 某些电子器件和化学反应过程中的某些参数随着环境的温度和湿度的变化而变化. 1.2 自适应控制的任务 要解决的问题： 面对上述系统特性未知或经常处于变化之中而无法完全事先确定的情况,如何设计一个满意的控制系统,使得能主动适应这些特性未知或变化的情况,这就是自适应控制所要研究解决的问题. 自适应控制的基本思想是: 在控制系统的运行过程中, 系统本身不断地测量被控系统的状态、性能和参数, 从而“认识”或“掌握”系统当前的运行指标并与期望的指标相比较, 进而作出决策,来改变控制器的结构、参数或根据自适应规律来改变控制作用, 以保证系统运行在某种意义下的最优或次优状态. 1.2 自适应控制的任务 任务:设计一种特殊的控制系统，它能够自动地补偿在模型阶次、参数和输入信号方面非预知的变化。 自适应控制也是一种基于模型的方法，与基于完全模型的控制方法相比，它所依赖的关于模型和扰动的先验知识比较少，自适应控制策略可以在运行过程中不断提取有关模型的信息，自动地使模型逐渐完善。 　第二节　什么是自适应控制 2.1　“自适应”的定义 2.2　自适应控制系统的基本功能 2.1 “自适应”的定义 1974年，Landau “自适应控制”的含义是： 利用可调系统(输入信号来调节它的性能)的输入、状态和输出来测量, 通过修改它的参数或结构，或通过修改它的某个性能指标，将其与规定的性能指标进行比较，然后由自适应机构修改可调系统的参数或产生一个辅助信号，以保持系统的性能指标接近于规定的性能指标。 2.1 “自适应”的定义 Gibson的定义为: 一个自适应控制系统必须提供出被控系统的当前状态的连续信息,也就是要辨识对象,他必须将当前的系统性能与期望的或者最优的性能相比较,并作出使系统趋向期望或最优性能的决策, 最后,他必须对控制器进行适当的修正以趋使系