第1章-自适应控制概述.pptVIP

自适应控制;教学要求：;第一章概述;第一节自适应控制的任务;1.1现代控制理论的局限性;1.1现代控制理论的局限性〔续〕;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.

如有些化工反响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.;(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响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;

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;

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统走向最优状态,这三方面的功能是自适应控制系统所必须具有的功能.;2.2自适应控制系统的根本功能;

过程信息的在线积累

在线积累过程信息的目的,是为了降低对被控系统的结构和参数值的原有的不确定性.

为此,可用系统辨识的方法在线辨识被控系统的结构和参数,直接积累过程信息;也可通过量测能反映过程状态的某些辅助变量,间接积累过程信息.

可调控制器

可调控制器是指它的结果、参数或信号可以根据性能指标要求和被控系统的当前状态进行自动调整.

这种可调??要求是由被控系统的数学模型的不定性决定的,否那么就无法对过程实现有效的控制.;性能指标的控制

性能指标的控制可分为开环控制方式和闭环控制方式两种.

假设与过程动态相关联的某些辅助变量可测,而且此辅助变量与可调控制器参数之间的关系又可根据物理学的知识和经验导出,这时就可通过此辅助变量直接调整可调控制器,以期到达预定的性能指标.这就是性能指标的开环控制.

与开环控制方式不同,在性能指标的闭环控制方式中,还要获得实际性能与预定性能之间的偏差信息,直到实际性能到达或接近预定的性能为止.;3.1自适应控制的产生

3.2模型参考自适应

3.3自校正控制

3.4几种典型的自适应控制

;3.1自适应控制的产生;

自适应控制主要开展历程:

模型参考自适应方法

50年代中期--1958年美国麻省理工学院教授H.P.Whitaker首先应用基于参数最优化设计的模型参考自适应方法设计直升机自适应自动驾驶仪研究提出的.;60年代中期--Parks的基于Lyapunov稳定性理论的模型参考自适应控制设计

60年代末期--Landau等人的基于Popov超稳定性理论的模型参考自适应控制设计;自校正控制方法

50年代末期--Kalmann提出的边辨识边控制的思想

70年代初期--Astrom的自校正调节器

70年代中期--Clarke等人的自校正控制

自适应系统的收敛性分析

70年代初--Astrom的初步分析

70年代末期--Ljung基于常微分方程(ODE)理论的收敛性分析;80年代初期--Goodwin等人的基于随机过程鞅(martingle)理论的参数收敛性和控制的稳定性及最优性分析

90年代初--Chen和Guo的自校正调节器参数收敛性分析

自适应控制的鲁棒性分析及鲁棒自适应控制

80年代初期--Rohrs的自适应控制系统的鲁棒性分析

;第四节自适应控制系统的主要类型

因设计的原理和结构的不同,自适应控制系统大致

可分为如下几种主要形式:

4.1变增益控制

4.2模型参考自适应控制系统

4.3自校正控制系统

下面分别加以介绍.;4.1变增益控制

这种系统的结构如图1所示,其结构和原理比较直观,调节器按被控系统的参数变化规律进行设计.;4.1变增益控制;4.2模型参考自适应控制系统

;4.2模型参考自适应控制系统;4.2模型参考自适应控制系统;MRAC主要针对无随机扰动的参数不确定对象系统，对象系统的数学模型可以是连续时间型或离散型。

MRACS最初由MIT的Whitaker于195