系统辨识与自适应控制第8章自适应控制概论

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1、第8章自适应控制概论8.1什么是自适应控制系统8.1.1系统与控制在运用系统理论分析研究各种现实问题过程中，一般遵循4条基本原则。1）整体性原则2）结构功能原则3）目的性原则第2部分自适应控制4）最优化原则图8.1.1常规反馈控制系统原理框图8.1.2常规反馈控制系统①控制器是固定的②已知数学模型③有一定的克服对象特性变化的能力8.1.3什么是“自适应控制”图8.1.2自适应控制系统原理框图1)控制器可调2)增加了自适应回路3)适用对象计算机控制的过程：(a)开机，施加一定的控制(恒值PI

2、，或手动控制)，检测u(ih)和y(ih)，以构造(8.1.16)和(8.1.17)式；(b)解(8.1.16)和(8.1.17)式,得和,进而由(8.1.18)和(8.1.19)式获得控制器参数Ti和K；(c)将控制器参数调整为Ti和K，并投入运行。8.2为什么需要自适应控制8.2.1常规控制不能满足某些问题的要求图8.2.1具有非线性阀的常规反馈系统原理框图8.2.2什么时候用自适应控制图8.2.2具有非线性阀的常规反馈系统在不同工作点的阶跃响应特性图8.2.3两轴机器人臂的角速度伺服系统

3、原理框图图8.2.4两轴机器人臂的角速度伺服系统在不同惯性矩下的阶跃响应特性8.3自适应控制的方案8.3.1增益程序(调度)控制(GainScheduling)图8.3.1增益程序（调度）控制原理框图8.3.2模型参考自适应控制系统MRAS(ModelReferenceAdaptiveControlSystem)图8.3.2模型参考自适应控制系统MRAS原理框图模型参考自适应控制系统MRAS的主要特点：①通过输出误差信号e(e=y0-y)可以直接表达控制的性能和质量；②自适应机构不是明显地去

4、获得控制u驱动被控过程，而是通过获得一组控制器可调参数去驱动；③设计主要针对输出跟踪问题。模型参考自适应控制系统MRAS的主要优缺点：优点：通常用模拟元件实现，速度快，实用价值明显。缺点：理论基础尚不完善（假设条件太强），考虑稳定性的方法很多，但不明确哪种更好。8.3.3自校正控制STC(Slef-TuningControl)图8.3.3自校正控制系统STC原理框图值得注意的是自校正控制的主要特点：①这种系统的过程建模和控制设计都可视为自动化的；②过程模型和控制设计在每个采样周期中都要更

5、新一次；③强调这种控制器能自己校正自己的参数，以得到希望的闭环系统性能。自校正控制STC与模型参考自适应控制MRAS的关系表现在：①都有两个回路：内回路—常规控制；外回路—自适应；②MRAS源于确定性的伺服问题；STC源于随机调节问题；③内环外环的设计方法不同：如MRAS中调节器参数是直接更新，而STC中调节器参数是经由参数估计和控制设计计算间接更新。8.3.4自整定PID(PIDAuto-tuner)8.4自适应控制的设计和理论问题8.4.1对控制器设计的基本要求8.4.2自适应控制

6、器设计的主要内容8.4.3对自适应控制的理解及主要理论问题（1）随机最优控制设被控过程的数学模型用随机离散-时间方程表示为：根据随机最优控制理论，要求出一个控制律使得它最小化下列损失函数：J=E[J](8.4.3)当前的研究结果仅能对特定的控制系统求解，即(8.4.1)，(8.4.2)满足条件：①G1,G2都是线性函数；②I是二次型目标函数；③v,ω都是高斯分布的随机向量序列。（2）对自适应控制的理解根据上述讨论，对自适应控制可以有如下的基本认识：①假设模型是自适应控制的基础；②总是与

7、假设模型的系数的不确定性有关；③是一种次最优的方法。（3）自适应控制的理论问题主要包括3个方面，即稳定性、参数收敛性和鲁棒性。①稳定性②参数收敛性③鲁棒性