绪论(精品课件）

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1、自适应控制教材：自适应控制韩曾晋清华大学出版社前修课程（理论性强、数学基础要求高）：线性代数随机过程自动控制原理参考书目：自适应控制系统韩曾晋机械工业出版社1984版自适应控制及应用陈新海李言俊西北工业大学出版社绪论一自适应控制含义问题：常规控制系统至少由哪两个部分构成？对象控制器设定值r＋－y能根据对象参数的变化或环境条件的变化修正控制器的控制参数或作用，使系统运行于最优或接近最优。适应能力：对变化多端的外界环境条件（如干扰、刺激等作用）灵活作出反应的能力。大范围内变化研究对象：不确定性系统内部被控对象的数学模型（结构、参数未知或变化）不确定性外部系统的初始

2、状态向量（未知统计特性的随机向量）扰动量测噪声常值负载（幅值、出现时间未知）随机性（统计特性未知）不确定性是自适应控制提出的根本出发点。对象模型（初始状态x(0)）被控对象结构：w(k)干扰v(k)量测噪声u(k)输入y(k)输出＋＋四类控制问题比较确定性最优随机最优自适应控制智能控制x(0)常向量随机向量随机向量w(k)随机序列（统计特性已知）随机序列（统计特性未知）v(k)0对象扰动模型已知（扰动为确定性常量）已知（扰动为随机序列）不完全确定（结构已知，参数未知或缓变）不确定（结构、参数均未知）控制要求或解决方法性能指标函数最小(PID)数学期望（统计平均

3、值）最小性能指标接近最优使用已验证的知识和经验进行控制对象示例几种控制方式比较对象复杂性递?而控制精度递?增减控制方法是否基于数学模型(a、k未知)自适应控制特点：1、对象模型和扰动模型的先验知识少，需要通过在线辨识，不断改进完善模型。在线辨识：依据对象的输入输出数据，使模型的参数由不确定到确定的辨识过程。2、控制作用随着模型的完善而不断改进。系统特点系统状态：变化速度快参数状态：变化速度慢二、两类重要的自适应控制系统1、模型参考自适应控制系统（MRAS）（源于确定性问题）组成部分：被控对象、反馈控制器（常规控制）参考模型：根据系统动态性能要求选择，其输出能理

4、想地响应参考输入。自适应机构（关键）主输入：偏差信号e=ym-y辅助输入信号：u、r输出：控制器的参数（调整作用）调整过程：被控对象参数未知，控制器参数调整不到位y≠yme=ym-y自适应机构调整控制器参数y趋近ym…….控制器参数调整到位y=yme＝0自适应机构不工作核心问题：设计自适应调整律（自适应机构应遵循的算法）设计方法：1、局部参数最优化思想：利用梯度法求自适应调整律，使性能指标J（）最小。优点：设计方法简单，易于实现。缺点：系统稳定性不能保证，必须验证。2、基于稳定性理论的方法思想：在保证自适应调整过程稳定的基础上设计控制器参数，使y尽快收敛于ym

5、。优点：稳定性得到保证。缺点：没有一个通用的计算程序（对于不同的系统寻求不同的方法）理论基础：李氏稳定性理论；波波夫超稳定性理论。2、自校正调节器（STR）（源于随机调节问题）组成部分：被控对象、反馈调节器（常规控制）估计器（估计参数）输入：u、y输出：估计的对象参数（特点：采用递推算法（最小二乘法），每个采样周期更新一次参数）设计机构输入：估计的对象参数输出：调节器参数估计的对象参数+性能指标调节器参数调节过程：u、y估计器对象参数估计设计机构（＋性能指标）调节器参数估计调节器u理想y被控对象问题：自校正调节器指什么可以自动校正？主要特点：1、有在线辨识环节

6、（参数估计器）2、对象参数估计和事先指定的性能指标结合决定控制作用3、算法（辨识算法、控制算法）设计时考虑了随机扰动和量测噪声的影响。两者异同比较：MRASSTR同控制作用随对象特性、参数变化而变化（自适应能力）不同参数调整方法基于偏差信号e=ym-y基于对象的参数辨识调节器参数更新方法直接更新间接（对象参数估计、运行指标）自适应律设计思想系统稳定性性能指标最优化（最小方差）适用控制系统确定性连续(连续时间模型)离散随机(离散时间模型)三、理论研究重点1、稳定性系统的状态、输入、输出、参数等变量在干扰影响下保持有界。2、收敛性（有界性）系统的变量在有界和给定初

7、始条件的前提下，最终能收敛到预期值。3、鲁棒性（Robust）系统在很大扰动下，保持稳定性和动态性能的能力。四、应用概况起源：50年代末MITWhither教授飞行器的自动驾驶70年代以后，迅速发展。应用领域：飞行器控制大型海洋考察船和油轮的自动驾驶工业过程控制