自适应控制--第二讲 模型参考自适应控制的MIT法

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自适应控制的方法

自适应控制的方法

自适应控制的方法

自适应控制是一种用于调节系统行为以适应外部变化的控制方法。它能够根据系统当前状态和外部环境的变化自动调整控制参数,以保持系统性能在可接受的范围内。在工业控制、汽车控制、航空航天等领域都有广泛的应用。

自适应控制的基本原理是根据反馈信号对系统进行实时调整,以便让系统可以适应外部环境的变化。它是一种闭环控制方法,即通过不断地观测系统的输出,并与期望的输出进行比较,然后对控制参数进行调整,以确保系统达到期望的性能。相比于传统的固定参数控制方法,自适应控制可以更好地适应系统和环境的变化,使得系统更加稳定和可靠。

自适应控制的方法有很多种类,其中最常见的包括模型参考自适应控制、自抗扰控制、模糊自适应控制和神经网络自适应控制等。这些方法各有特点,但基本原理基本相同,即通过观测系统的输出和环境的变化,对控制参数进行动态调整,以保持系统的稳定性和性能。

模型参考自适应控制是一种基于系统模型的控制方法,它通过对系统模型的估计,来实时调整控制参数。它可以适应系统的非线性和时变特性,对于一些复杂的控制系统来说是比较有效的。

自抗扰控制是一种抑制外部扰动对系统影响的控制方法,它通过观测和预测扰动,来进行实时调整控制参数,以抵消外部扰动对系统的影响。

模糊自适应控制是一种基于模糊逻辑的控制方法,它通过对系统的模糊化处理,来实现对控制参数的自适应调整。它可以适应系统的复杂性和不确定性,对于一些复杂的非线性系统来说是比较有效的。

神经网络自适应控制是一种基于神经网络的控制方法,它通过对系统的学习和记忆,来进行实时调整控制参数,使系统可以适应外部环境的变化。它可以适应系统的非线性和时变特性,对于一些复杂的控制系统来说是比较有效的。

自适应控制中的模型参考自适应控制算法研究

自适应控制中的模型参考自适应控制算法研究

自适应控制中的模型参考自适应控制算法研

在控制系统中,控制器的设计和应用都是十分重要的,并且也是十分复杂的。

自适应控制是一种在控制器中嵌入智能算法的方法,可以让控制器根据被控制系统的状态自适应地调整参数,以达到最佳控制效果。在自适应控制中,模型参考自适应控制算法是一种常见的算法,其原理和应用将在本文中进行介绍。

一、模型参考自适应控制算法的基本原理

模型参考自适应控制算法是一种基于模型的自适应控制方法,其基本思想是将

被控制系统的模型和控制器的模型进行匹配,通过模型匹配的误差来适应地调整控制器的参数。其主要流程包括:建立被控制系统的模型;建立控制器的模型;将被控制系统的模型和控制器的模型进行匹配,计算出模型匹配误差;根据模型匹配误差来自适应地调整控制器的参数。

模型参考自适应控制算法的具体实现方式可以分为直接调节法和间接调节法两种。直接调节法是将模型参考自适应控制算法中的误差直接反馈到控制器的参数中,以达到自适应控制的目的。间接调节法则是通过在模型参考自适应控制算法中引入额外的参数,间接地调节控制器的参数,以达到自适应控制的目的。

二、模型参考自适应控制算法的应用

模型参考自适应控制算法在实际工程中有着广泛的应用。例如,它可以用于磁

浮列车的高精度控制系统中,通过模型参考自适应控制算法来适应不同运行条件下的参数,达到最优的控制效果。另外,模型参考自适应控制算法还广泛应用于机器人控制、电力系统控制等领域,可以有效地提高控制系统的性能和稳定性。

三、模型参考自适应控制算法的优缺点

模型参考自适应控制算法的主要优点是可以适应不同的被控制系统和环境条件,具有较高的适应性和鲁棒性。另外,它具有控制精度高、响应速度快等优点。不过,模型参考自适应控制算法也存在一些缺点,例如模型误差对控制系统的影响比较大,不易对模型参数进行优化等。

自适应控制在机械臂运动中的应用

自适应控制在机械臂运动中的应用

自适应控制在机械臂运动中的应用

自适应控制是一种广泛应用于机械臂运动中的控制方法,其通过根据反馈信息

动态地调整控制策略,以适应不确定性和变化性的外界环境。这种控制方法不仅可以提高机械臂的运动精度和稳定性,还可以增强其适应性和鲁棒性。

在机械臂的运动控制中,传统的控制方法往往需要事先确定好系统的数学模型,并根据模型设计出控制器。然而,机械臂系统常常存在着很多的不确定性,包括摩擦力、负载变化、外界干扰等。这些不确定性使得传统的控制方法很难实现理想的控制效果。

自适应控制方法通过实时地获取机械臂系统的状态信息,并根据这些信息动态

地调整控制策略,以实现对不确定性的补偿和适应。其中,最常用的自适应控制方法是模型参考自适应控制(Model Reference Adaptive Control,简称MRAC)和直

接自适应控制(Direct Adaptive Control,简称DAC)。

MRAC方法是通过设计一个模型参考器,将期望输出与实际输出的误差作为系统的控制信号,实现对系统不确定性的自适应调整。这种方法在机械臂运动控制中得到了广泛的应用。例如,在机械臂抓取任务中,通过适应性地调整控制策略,可以使机械臂在不同负载、形状和盲目干扰下保持稳定的抓取。

DAC方法则是通过在线参数估计方法,实时地估计机械臂系统的参数,并根

据估计结果动态地调整控制策略。与MRAC方法相比,DAC方法更加灵活和实时,能够更好地适应复杂和变化的外界环境。例如,在机械臂路径跟踪控制中,DAC

方法可以根据估计的参数信息实时地调整控制器的增益,以适应不同的路径和速度变化。

模型参考自适应控制与模型控制比较

模型参考自适应控制与模型控制比较

模型参考自适应控制与模型控制比较模型参考自适应控制(Model Reference Adaptive Control, MRAC)和模型控制(Model-based Control)都是现代控制理论中常用的方法。它们在实际工程应用中具有重要意义,本文将对这两种控制方法进行比较和分析。

一、模型参考自适应控制

模型参考自适应控制是一种基于模型的自适应控制方法,主要用于模型未知或参数变化的系统。该方法基于一个参考模型,通过在线更新控制器参数以追踪参考模型的输出,从而实现对系统的控制。

在模型参考自适应控制中,首先需要建立系统的数学模型,并根据实际系统的特性选择合适的参考模型。然后通过设计自适应控制器,利用模型参数估计器对系统的不确定性进行补偿,实现对系统输出的精确追踪。

模型参考自适应控制的优点在于其适应性强,能够处理模型未知或参数变化的系统。它具有很好的鲁棒性,能够适应系统的不确定性,同时可以实现对参考模型的精确追踪。然而,模型参考自适应控制也存在一些缺点,如对系统模型的要求较高,需要较为准确的模型参数估计。

二、模型控制

模型控制是一种基于数学模型的控制方法,通过对系统的建模和分析,设计出合适的控制器来实现对系统的控制。模型控制方法主要有PID控制、状态反馈控制、最优控制等。

在模型控制中,首先需要建立系统的数学模型,并对模型进行分析和优化。然后根据系统的特性,设计合适的控制器参数。最后,将控制器与系统进行耦合,实现对系统的控制。

模型控制的优点在于其理论基础牢固,控制效果较好。它能够根据系统的数学模型进行精确的设计和分析,具有较高的控制精度和鲁棒性。然而,模型控制方法在实际应用中对系统模型的要求较高,而且对系统参数变化不敏感。

自适应控制--第二讲 模型参考自适应控制的MIT法

自适应控制--第二讲 模型参考自适应控制的MIT法
• (5)μ由人工设定,与梯度法的步长λ成正比 ,因此可以视为自适应调节的步长,或称为 自适应增益,其值影响自适应过程收敛的速 度和精度,需要通过实验来确定。
• (6)性能指标可以选择各种形式
智能楼宇的综合布线系统
一阶系统稳定性分析
• MIT方案中,调节Kc的目标是使广义误差 e(t)逐步趋近于零。
智能楼宇的综合布线系统
自适应控制
第二讲 模型参考自适应控制 的MIT法
预备知识 MIT法的基本原理 MIT法的仿真实验及其分析
潘峰 模式识别与智能系统研究所,6 号教学楼703 andropan@gmail.com
r(t)
智能楼宇的综合布线系统
并联MRAS
参考模型 可调系统
ym(t)

yp(t) -
• (1)的变化速度远慢于的调节速度是一个必 要的条件,否则无法求出的导数;
• (2)系统动态响应速度要远快于调节速度; • (3)自适应机构包含积分环节,自适应调节
效果与ym有关,即与参考模型传递函数和输 入r(t)有关。
智能楼宇的综合布线系统
MIT法的特点
• (4)自适应过程不具智能性,整个系统是非 线性系统,且只能解决对象参数局部时变的 问题。
智能楼宇的综合布线系统
课后作业
用Matlab对MIT方案进行仿真,参考模 型分别为以下一阶和二阶形式:

三种典型控制方法

三种典型控制方法

三种典型控制方法

三种典型控制方法:PID控制、模糊控制和自适应控制

一、PID控制

PID控制是一种经典的控制方法,它通过对系统的误差进行测量和调整,使系统的输出与期望值尽可能接近。PID控制系统由比例(P)、积分(I)和微分(D)三个控制器组成。

1. 比例控制器(P):比例控制器根据误差的大小来调整输出的大小,使其与误差成正比。当误差增大时,输出也增大,从而使系统更快地趋向期望值。但是比例控制器容易产生超调现象,即输出超过期望值后再回归。

2. 积分控制器(I):积分控制器通过累积误差的大小来调整输出的大小,使其与误差的积分成正比。积分控制器能够消除系统的稳态误差,但是容易引起系统的超调和震荡。

3. 微分控制器(D):微分控制器根据误差的变化率来调整输出的大小,使其与误差的微分成正比。微分控制器能够提前预测系统的变化趋势,从而减小超调和震荡。但是微分控制器对噪声和干扰比较敏感。

PID控制通过调整比例、积分和微分参数的大小,使系统的输出逐渐趋向期望值。PID控制方法简单易行,广泛应用于工业控制领域。

二、模糊控制

模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法,它模拟人类的思维方式,通过语言化的规则来描述系统的行为。模糊控制将输入和输出变量进行模糊化处理,然后通过模糊推理和模糊规则来确定输出的大小。模糊控制的核心是模糊推理系统,它包括模糊化、模糊推理和解模糊三个过程。

1. 模糊化:将输入变量通过隶属函数转化为模糊集合,用来表示变量的模糊程度。模糊化可以将连续的输入变量转化为离散的模糊集合,便于进行模糊推理。

自适应控制的教材

自适应控制的教材

以下是一些关于自适应控制的教材推荐,旨在帮助学习者理解和应用自适应控制的原理和技术:

1.《自适应控制》- Astrom, Karl Johan and Wittenmark, Bjorn 这本经

典教材全面介绍了自适应控制的基本概念、方法和应用,包括参数估计、模型参考自适应控制、直接自适应控制等内容。

2.《自适应控制系统设计与故障诊断》- Naira Hovakimyan 和Chengyu

Cao 这本书介绍了自适应控制的理论和实践,重点关注了自适应控制在

故障诊断和容错控制方面的应用。

3.《自适应控制理论与应用》- 李吉均这本教材以自适应控制的基本理论

为基础,讲述了自适应控制的系统建模、参数估计、自适应观测器设计等内容,并结合案例进行了实际应用的讨论。

4.《自适应控制导论》- Petros Ioannou 和Barýs Fidan 这本教材提供了

自适应控制的全面介绍,包括模型参考和直接自适应控制、连续和离散自适应控制、稳定性分析以及实际应用案例等内容。

5.《自适应控制系统设计与实现》- Ioan Doré Landau, Rogelio Lozano

和Mohammed M'Saad 这本书详细介绍了自适应控制的不同方法和技术,包括模型参考和直接自适应控制、自适应观测器设计、鲁棒自适应控制等方面,并提供了一些实际案例进行说明。

这些教材涵盖了自适应控制的基本概念、理论和应用,并提供了丰富的案例和实践讨论,有助于学习者深入理解和应用自适应控制的知识。建议根据个人的学术兴趣和学习需求选择适合的教材进行阅读。

模型参考自适应控制—MIT法

模型参考自适应控制—MIT法

一 原理及方法

模型参考自适应系统,是用理想模型代表过程期望的动态特征,可使被控系统的特征与理想模型相一致。一般模型参考自适应控制系统的结构如图1所示。

图1 一般的模型参考自适应控制系统

其工作原理为,当外界条件发生变化或出现干扰时,被控对象的特征也会产生相应的变化,通过检测出实际系统与理想模型之间的误差,由自适应机构对可调系统的参数进行调整,补偿外界环境或其他干扰对系统的影响,逐步使性能指标达到最小值。

基于这种结构的模型参考自适应控制有很多种方案,其中由麻省理工学院科研人员首先利用局部参数最优化方法设计出世界上第一个真正意义上的自适应控制律,简称为MIT 自适应控制,其结构如图2所示。

图2 MIT 控制结构图

系统中,理想模型Km 为常数,由期望动态特性所得,被控系统中的增益Kp 在外界环境发生变化或有其他干扰出现时可能会受到影响而产生变化,从而使其动态特征发生偏离。而Kp 的变化是不可测量的,但这种特性的变化会体现在广义误差e 上,为了消除或降低由于Kp 的变化造成的影响,在系统中增加一个可调增益Kc ,来补偿Kp 的变化,自适应机构的任务即是依据误差最小指标及时调整Kc ,使得Kc 与Kp 的乘积始终与理想的Km 一致,这里使用的优化方法为最优梯度法,自适应律为:

⎰⨯+=t

m d y e B Kc t Kc 0)0()(τ

MIT 方法的优点在于理论简单,实施方便,动态过程总偏差小,偏差消除的速率快,而

Yp Ym

e

+__

+

R

参考模型

调节器被控对象

适应机构

可调系统

———kmq(s)p(s)Kc

伺服控制器的参数优化方法总结

伺服控制器的参数优化方法总结

伺服控制器的参数优化方法总结引言:

伺服控制器是一种广泛应用于工业自动化系统中的控制设备,能够实现对电机

的高精度控制。为了提高控制系统的性能和稳定性,参数优化是非常重要的一步。本文将对伺服控制器参数优化的方法进行总结,并探讨其实践应用。

一、PID参数优化方法

PID控制器是伺服控制器中应用最广泛的一种控制算法。为了实现控制系统的

稳定性和快速响应,PID参数的优化是至关重要的。以下是几种常用的PID参数优

化方法:

1. 手动调整法:这是一种最基本的PID参数优化方法,操作人员通过实践经验

和调试手法来确定合适的参数。该方法需要进行多次试验和调整,效率较低,但具有较高的灵活性和适应性。

2. 经验公式法:通过经验公式来计算PID参数的初值,并通过实验进行微调。

经验公式通常基于电机的动态特性和响应时间,提供了一种较快速的参数优化方法。

3. Ziegler-Nichols法:Ziegler和Nichols提出的PID参数优化方法,通过系统

的临界增益和周期来计算合适的PID参数。该方法适用于较为复杂的系统,但需

要对系统有一定的了解。

4. 遗传算法法:遗传算法是一种进化计算方法,通过模拟自然界的进化过程进

行参数优化。该方法适用于复杂的非线性系统,但计算量相对较大。

二、自适应控制方法

自适应控制方法是一种根据系统实时状态和控制需求动态调整参数的技术。伺

服控制器中常用的自适应控制方法有:

1. 模型参考自适应控制:基于系统模型的自适应控制方法,通过建立系统的数

学模型,实时调整控制器参数以适应系统变化。该方法对系统建模的精度要求较高,但对系统变化具有较好的适应性。

模型参考自适应控制导论

模型参考自适应控制导论

模型参考自适应控制导论

模型参考自适应控制(Model Reference Adaptive Control,MRAC)是一种基于参考模型的自适应控制方法,可以用来设计控制系

统以实现期望的输出响应。本文将对MRAC的基本原理、适用范围、设

计流程和实际应用等方面进行讨论,以便读者更好地理解和应用该控

制方法。

一、基本原理

MRAC的基本原理是将参考模型的输出作为期望输出,通过自适应参数调整系统控制器的参数,以使系统输出尽可能地接近于参考模型

输出。在实际应用中,一般采用模型参考自适应控制器(Model Reference Adaptive Controller,MRAC),它通过反馈控制,将参考

模型的输出信号与实际输出信号进行比较,然后根据误差信号进行调整。具体地,MRAC的数学模型可以表示如下:

y(t)=Gθ(t)u(t)

其中,y(t)表示系统输出信号,G表示系统的传递函数,u(t)表

示系统输入信号,θ(t)表示控制器参数向量。MRAC的主要任务就是通过自适应参数调整θ(t),以使y(t)趋近于参考模型的输出信号

y_d(t),具体地,可以定义误差信号e(t)=y(t)-y_d(t),然后通过控

制器进行误差调整,最终实现期望的控制目标。

二、适用范围

MRAC是一种非线性自适应控制方法,广泛应用于系统建模不确定、环境变化频繁或者系统受到随机扰动等情况下的控制工程以及智能控

制系统设计。例如,MRAC可以在无人机控制、机器人控制、飞行器控制、电力电子控制等领域发挥重要作用。此外,MRAC还可以与其他控

模型参考自适应控制系统的理论基础

模型参考自适应控制系统的理论基础

e
FT t
Ft (P P ) e Constant, t 1 2
P 1 P 2
3.MRAC与Lyapunov稳定性理论关系
3.MRAC与Lyapunov稳定性理论关系
二、正动态系统
动态系统的子集,建立了频域和实域控制理论的关系
MRAC避免使用输出微分的关键 V.M.Popov, R.E.Kalman, V.A.Yacubovich
测量噪声、慢时变参数、相对阶相同的建模误差等,具有一
定的鲁棒性;对相对阶不同的建模误差没有鲁棒性。
一、Lyapunov稳定性理论
Lyapunov稳定性问题
有关稳定性定义
s—稳定, u—一致, a—渐进, g—全局
1.有关稳定性定义
1.有关稳定性定义
1.有关稳定性定义

xe
稳定

xe x0
第二章 模型参考自适应控制系统的 理论基础
Lyapunov稳定性 Hyperstability超稳定性
Positive Real正实
Popov inequality波波夫不等式
MRAC发展的主要里程碑
2 e 1960,MIT调节律,Whitaker,H,P,本质:梯度法参数寻优,使 (t )dt 最小。问题:不能保证稳定性。
如果系统(2.8)是一个正动态系统,则,H (s) D C(sI A)1 B 是一个正实传递函数矩阵,反之亦然。

自动控制原理自适应控制知识点总结

自动控制原理自适应控制知识点总结

自动控制原理自适应控制知识点总结自动控制原理中的自适应控制是一种能够根据系统的变化自动调整控制参数的控制方法。它通过不断地对系统进行监测和分析,实时地根据反馈信息调整控制参数,以实现系统在不同工况下的最优控制效果。本文将对自动控制原理中的自适应控制进行知识点总结,包括自适应控制的基本原理、常见的自适应控制算法和应用领域等。

一、自适应控制的基本原理

自适应控制的基本原理是根据系统的实时变化条件,自动调整控制器的参数,以适应系统的变化。它的核心思想是通过对系统的监测和分析,不断地更新模型和参数,从而实现控制器的自适应调整。

在自适应控制中,通常会设置一个自适应机构,用于实时地对系统进行参数估计和更新。这个自适应机构可以基于系统的输出信号来进行调整,也可以基于系统的输入信号来进行调整。通过对输入输出信号的分析和处理,可以得到系统的模型和参数,从而实现对控制器参数的自适应调整。

二、常见的自适应控制算法

1. 最小均方自适应滤波算法

最小均方自适应滤波算法是一种基于最小均方误差准则的自适应控制算法。它通过不断地更新滤波器的系数,来实现对系统的预测和滤波。该算法可以根据系统的输入输出信号,通过计算误差信号的均方值来调整滤波器的系数,从而实现对系统的自适应调整。

2. 模型参考自适应控制算法

模型参考自适应控制算法是一种基于模型参考的自适应控制算法。

它通过引入一个参考模型,将系统的输出与参考模型的输出进行比较,然后根据误差信号来更新控制器的参数。该算法可以根据系统的输出

信号和参考模型的输出信号,通过计算误差信号的变化情况来调整控

模型参考自适应控制

模型参考自适应控制
调整策略
针对不同的被控对象和工况,需要设计相应的调整策略,以快速响应系统变化并保持控制性能。这需 要对被控系统的特性和动态行为有深入了解。
模型参考自适应控制在复杂系统中的应用拓展
复杂系统控制
模型参考自适应控制适用于具有非线性、时变和不确定性的复杂系统。通过设计合适的 自适应律和控制器,可以实现对复杂系统的有效控制。
系统稳定性
系统稳定性是确保控制过程平稳、可靠的关键因素。在模型参考自适应控制中,需要权衡控制精度和系统稳定性, 以避免系统振荡或失稳。
控制参数的在线优化与调整
在线优化
模型参考自适应控制需要在线优化控制参数,以适应系统状态的变化和外部扰动。优化算法的选择和 应用对于提高控制性能和系统适应性至关重要。
化工过程控制
在化工生产过程中,模型参考自适应控制用于实现反应过程的优化 和稳定控制,提高生产效率和产品质量。
智能制造系统
在智能制造领域,模型参考自适应控制用于自动化流水线和智能机 器人的精确控制,提高生产效率和降低能耗。
机器人领域的应用
移动机器人导航
模型参考自适应控制用于移动机器人的路径规划和避障,提高机 器人在复杂环境下的自主导航能力。
参考文献
• - 理论分析文献 • 理论分析文献:这些文献深入探
讨了模型参考自适应控制的理论 基础,包括稳定性分析、收敛性 证明等方面,为该领域的发展提 供了坚实的理论基础。

控制系统中的模型参考自适应控制

控制系统中的模型参考自适应控制

控制系统中的模型参考自适应控制在现代控制领域中,模型参考自适应控制(Model Reference Adaptive Control,简称MRAC)是一种被广泛应用的控制策略。它通

过将控制系统建模为一个参考模型和一个可调参数的控制器,从而实

现对系统动态特性的调节和优化。本文将介绍控制系统中的模型参考

自适应控制的原理、应用以及一些典型的实例。

一、模型参考自适应控制的原理

模型参考自适应控制的核心思想是通过参考模型来描述控制系统应

有的动态特性,然后利用自适应算法调整控制器的参数,使得实际输

出与参考模型的输出误差最小化。具体步骤如下:

1. 建立参考模型:首先,需要根据系统的要求和性能指标,建立一

个理想的参考模型。该模型应能描述系统的期望响应和稳定性。

2. 设计控制器:基于参考模型,设计一个可调参数的控制器。一般

来说,控制器通常分为线性和非线性两种类型。线性控制器常用的有

比例-积分-微分(PID)控制器和模型预测控制器(MPC),而非线性

控制器则可以采用自抗扰控制(Disturbance Observer,DOB)控制器等。

3. 参数调整:控制器的参数调整是模型参考自适应控制的关键步骤。通过监测实际输出并与参考模型输出进行比较,可以计算出误差,并

利用自适应算法不断调整控制器参数,使误差最小化。常用的自适应

算法有最小二乘法、梯度下降法和Lyapunov方法等。

二、模型参考自适应控制的应用

模型参考自适应控制广泛应用于电力系统、工业过程控制、机器人

控制和飞行器控制等领域。以下是一些典型的应用案例:

自适应作业2--模型参考自适应系统的设计

自适应作业2--模型参考自适应系统的设计

自适应控制

作业二:模型参考自适应系统(MRAS)

姓名: 学号:

Tasks a) Under what circumstances does the model have the property of perfect following?

原系统:原系统:

y ay bu

·

=-+

参考模型:参考模型:

参考模型: y a y b u m m m m c ·=-+

控制信号为:12

u y c q q -u=

我们总是希望原系统的输出y 能跟参考模型的输出y m 一致,即希望y 与y m 有如下关系式:有如下关系式:

y y m y y m

··

=

ìïí=

ïî

那么,将12

u y c q q -u=代入到y ay bu ·=-+中,再让y y m ··=可得:可得: ())12

2

1

y ay bu ay b u y a b y b u c c q q q

q ·

=-+=-+-=-++(

a y

b u y m m m

c ·

=-+=

若要上式成立,只需要令若要上式成立,只需要令 /11()/22b b b b m m a b a

a a

b m m q q q q ==ìì

ïïÞíí+==-ïïî

î 所以当选择/

1()/2b b m a a b

m q q =ì

ïí=-ïî时,参考模型和原系统的输入输出关系是完全一样的。时,参考模型和原系统的输入输出关系是完全一样的。

b) Design an adaption law using MIT rule so that the error between plant output and model output goes to zero. Draw a block diagram of such MRAS design scheme.

离散控制系统中的自适应自参数调整控制方法

离散控制系统中的自适应自参数调整控制方法

离散控制系统中的自适应自参数调整控制方

离散控制系统(Discrete Control System)是指控制对象的状态、输入和输出是离散的,而不是连续的控制系统。自适应自参数调整控制方法(Adaptive Self-parameter Adjustment Control Method)则是指系统能够根据实时变化的工况条件对其参数进行自适应调整的一种控制方法。本文将重点探讨离散控制系统中的自适应自参数调整控制方法及其应用。

一、自适应控制方法概述

自适应控制方法是一种具有强大适应性和鲁棒性的控制方法。在传统的控制系统中,参数通常是根据恒定工况条件确定的,但实际工程中,系统参数往往随着时间、环境等因素的变化而不断变化。因此,自适应控制方法的应用对于提高系统的稳定性、鲁棒性和控制性能具有重要意义。

二、离散控制系统中的自适应自参数调整方法

离散控制系统中的自适应自参数调整方法主要包括模型参考自适应控制方法、极小二乘法自适应控制方法和神经网络自适应控制方法。

1. 模型参考自适应控制方法

模型参考自适应控制方法是基于系统模型的一种自适应控制方法。该方法通过构建系统的参考模型,将系统的输出与参考模型的输出进行比较,根据比较结果对系统的参数进行实时调整。模型参考自适应

控制方法可以有效地解决参数未知或不精确的问题,提高系统的控制性能。

2. 极小二乘法自适应控制方法

极小二乘法自适应控制方法是一种基于最小二乘法原理的自适应控制方法。该方法通过最小化系统输出与期望输出之间的误差平方和,来实现参数的自适应调整。极小二乘法自适应控制方法适用于多输入多输出(MIMO)系统和具有强非线性特性的系统。

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并联MRAS 并联MRAS
自 适 应 控 制 参考模型
r(t) yp(t) y m ( t)

e(t)广义误差

可调系统
自适应机构
多元函数及其偏导数
自 适 应 控 制
z
∂z ∂ x1
z=f(x1,x2)
x1
x2
方向导数
自 适 应 控 制
z
z=f(x1,x2)
α
x1
l
x2
梯度的几何意义
自 适 应 控 制


一阶系统稳定性分析
自 适 应 控 制
• MIT方案中,调节Kc的目标是使广义误 MIT方案中,调节Kc的目标是使广义误 方案中 Kc 逐步趋近于零。 差e(t)逐步趋近于零。 • 因此MIT法自适应控制系统的稳定性应当 因此MIT MIT法自适应控制系统的稳定性应当 的动态特性进行分析。 以广义误差e(t)的动态特性进行分析。
自适应控制
第二讲 模型参考自适应控制 MIT法 的MIT法
预备知识 MIT法的基本原理 MIT法的基本原理 MIT法的仿真实验及其分析 MIT法的仿真实验及其分析
模式识别与智能系统研究所,6号教学楼703 ,6号教学楼 潘峰 模式识别与智能系统研究所,6号教学楼703 andropan@gmail.com 68913261
µ
s

yp(t)
自适应机构
课后作业
自 适 应 控 制
用Matlab对MIT方案进行仿真,参考模 Matlab对MIT方案进行仿真, 方案进行仿真 型分别为以下一阶和二阶形式: 型分别为以下一阶和二阶形式:
10 Y (s) = R ( s ), 0. 2 s + 1
Kv = 4, Kc(0) = 2
MIT法的系统模型 法的系统模型
自 适 应 控 制
N(s) K D(s)
r(t)
ym(t)

e(t)广义误差
Kc
N(s) Kv D(s)

yp(t)
自适应机构
MIT自适应控制方案 MIT自适应控制方案
自 适 应 控 制
ຫໍສະໝຸດ Baidu
N(s) K D(s)
r(t)
ym(t)

e(t)
Kc
N(s) Kv D(s)
1 Y (s) = 2 R ( s ), Kv = 0.4, Kc(0) = 2 s + 2s + 1
MIT法的特点 MIT法的特点
自 适 • 应 控 制
从MIT法自适应律的推导过程可以看出几个 MIT法自适应律的推导过程可以看出几个 特点: 特点: (1)的变化速度远慢于的调节速度是一个必 要的条件,否则无法求出的导数; 要的条件,否则无法求出的导数; 系统动态响应速度要远快于调节速度; (2)系统动态响应速度要远快于调节速度; 自适应机构包含积分环节, (3)自适应机构包含积分环节,自适应调节 有关, 效果与ym有关,即与参考模型传递函数和输 有关。 入r(t)有关。
一阶系统的阶跃响应
自 适 应 控 制
µ=0.5
一阶系统的阶跃响应
自 适 应 控 制
µ=0.02
一阶系统的阶跃响应
自 适 应 控 制
µ=50
一阶系统的正弦响应
自 适 应 控 制
µ=5.5,r(t)=sin ωt, ω=4.5 rad/sec , ,
一阶系统的正弦响应
自 适 应 控 制
µ=6,r(t)=sin ωt, ω=4.5 rad/sec , ,
一阶系统的正弦响应
自 适 应 控 制
µ=80,r(t)=sin ωt, ω=2 rad/sec , ,
二阶系统的阶跃响应
自 适 应 控 制
µ=2
二阶系统的阶跃响应
自 适 应 控 制
µ=5
二阶系统的阶跃响应
自 适 应 控 制
µ=5.5
grad z
自 适 应 控 制
只有当目标函数的等高线轮廓球形(或在二维空间中 的圆形时),梯度法可以一步达到极小点,否则,该 方法不一定直接指向最小点
非线性规划的梯度法
自 适 应 控 制
x*
x0
飞机自动驾驶仪
自 适 应 控 制
反馈控制器 自适应控制器
局部参数最优化设计MRAS 局部参数最优化设计MRAS
自 适 单调递增; )设定性能指标IP 单调递增 应 (1)设定性能指标 RM,使IPRM对| e(t)|单调递增; 控 制 (2)将IPRM表示为参数空间上的一个多元函数; 表示为参数空间上的一个多元函数 参数空间上的一个多元函数; )
(3)寻找使 RM取得局部极小值的参数值; )寻找使IP 取得局部极小值的参数值; (4)控制器参数寻优调节规律,就是适应律。 )控制器参数寻优调节规律,就是适应律。 寻优调节规律
• • •
MIT法的特点 MIT法的特点
自 适 • 应 控 制
(4)自适应过程不具智能性,整个系统是非 自适应过程不具智能性, 线性系统, 线性系统,且只能解决对象参数局部时变的 问题。 问题。 由人工设定, (5)µ由人工设定,与梯度法的步长λ成正 因此可以视为自适应调节的步长, 比,因此可以视为自适应调节的步长,或称 为自适应增益,其值影响自适应过程收敛的 为自适应增益, 速度和精度,需要通过实验来确定。 速度和精度,需要通过实验来确定。 (6)性能指标可以选择各种形式
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