第9章自适应控制和鲁棒控制

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1、第7章自适应控制和鲁棒控制自适应控制是建立在系统数学模型参数未知的基础上，而且随着系统行为的变化，自适应控制也会相应地改变控制器的参数，以适应其特性的变化，保证整个系统的性能指标达到令人满意的结果。具有一个测量或估计环节，能对过程和环境进行监视。这通常体现为：对过程的输入输出进行测量，基此进行某些参数的实时估计。具有衡量系统的控制效果好坏的性能指标，并且能够测量或计算性能指标，判断系统是否偏离最优状态。具有自动调整控制规律或控制器参数的能力。实质上，自适应控制是辩识与控制技术的结合。品质评价或参数估计过程控制决策控制器yur图7

2、-1自适应控制系统的一般框图自适应控制主要有：简单自适应控制系统；模型参考型自适应控制系统；自校正控制系统。7.1简单自适应控制系统这类系统对环境条件或过程参数的变化用一些简单的方法辩识出来，控制算法亦很简单。在不少情况下，实际上是一种非线性控制系统或采用自整定调节器的控制系统。7.1.1依据偏差来自动调整控制算法若采用PI控制算法，则（7-1）其中f(e)是偏差e的函数。一种最简单的算法是f(e)=

3、e

4、，表明在偏差大时控制作用应很好增强，而偏差小时控制作用应更加缓和。这种系统在pH控制等方面有成功的实例。Ke1+1/Tisf

5、(e)Go(s)×yre图7-2.依据偏差简单自适应控制系统7.1.2依据扰动来自动调整控制算法图7-3依据扰动简单自适应控制系统图7-3是依据扰动来自动调整控制算法的例子.如采用PI算法，则式中m(f)是负荷f的函数，最简单的是乘除关系，如m(f)=f或，1/f,意思是说，当负荷增加的时候，控制作用应加强或削弱。从系统本身的结构看，也可认为实质上是一种前馈控制系统。Ke1+1/Tism(f)Go(s)×yrf7.1.3自整定调节器自70年代以来，自整定调节器发展相当迅速，特别是随着计算机技术、人工智能、专家系统技术的发展，利用

6、专家经验规则进行PID参数的自整定。目前不少分散控制系统或可编程调节器中有自整定调节器，采用各种方法实现PID参数自整定。PID控制器参数的自整定技术的本质是，设法辨识出过程的特性，然后按某种规律进行参数整定。1.继电型自整定继电型自整定的基本思想是，在控制系统中设置两种模式：测试模式和控制模式。在测试模式下，用一个滞环宽度为h，幅值为d的继电器代替控制器（如图7-4所示），利用其非线性，使系统处于等幅振荡（极限环）。测取系统的振荡周期和振幅，以便能利用临界比例度法的经验公式；在控制模式下，控制器使用整定后的参数，对系统的动态性

7、能进行控制。如果对象特性发生变化，可重新进入测试模式，再进行测试，以求得新的整定参数。G(s)dh控制器继电器G(s)图7-4继电控制时的系统等效框图图7-5继电型PID自整定控制结构继电型自整定方法简单、可靠，需要预先设定的参数就是继电特性的参数和。该方法的缺点是，被控对象须能在开关信号作用下产生等幅振荡，从而限制了其使用范围。另外，对于时间常数较大的被控对象，整定过程将很费时间；对一些干扰因素多且较频繁的系统，则要求振荡幅度足够大，严重时将影响稳定的等幅振荡的形成，从而无法加以整定。2.YEWSERIES-80自整定PID控

8、制器知识库响应曲线控制目标类型调整规则推理PID控制控制对象MVPVSV图7-6STC的结构图知识库：相当于一部PID参数整定的选择手册。响应曲线：根据设定值SV、测量值PV、控制器输出值MV的变化情况，经过推理所得到的过程响应曲线。控制目标：0类型超调0无超调1类型累积误差面积最小超调小（约5%）整定时间短2类型控制面积最小超调中（约10%）上升时间略快3类型平方控制面积最小超调大（约15%）上升时间快调整规则：根据过程响应曲线，从知识库中选择适当的调节规则，求出相应PID变化量。推理：根据设定值SV、测量值PV、控制器输出值

9、MV,推导出对象的阶跃响应或脉冲响应,并给出响应曲线的特征参数。专家系统STC随时观察测量值、设定值和控制器输出信号。当控制偏差超过临界值时STC启动，控制器开始观察测量信号的波形，并将其与已存入专家STC知识库中的十几种响应曲线加以对照。知识库中的响应曲线为目标整定波形，根据不同的整定目标，按最佳条件进行整定。在判别测量信号的波形与目标整定波形的一致程度时，以信号的超调量和衰减比作为评价的指标标准，即只要测量信号波形的这两个指标满足目标曲线，就被看作为是最佳整定，否则控制器就要进行PID最佳参数值的计算。控制器内存有100多种

10、可供选用的整定规律，使控制器可以按照响应特性或响应特性的发展趋势从中选择最佳整定规律。3.FOXBORO-EXACT自整定PID控制器这种控制器把波形分析法与人工智能的专家思想结合起来。当控制回路的设定值或干扰发生变化时，将控制偏差对时间的响应特性作为控制的性能