自适应控制论文..

学号：11091110132013 - 2014学年第2学期

《自适应控制》

题目：自适应控制的应用与发展

专业：自动化

班级：一班

*名：**

指导教师：**

成绩：

电气工程学院

自适应控制的应用与发展

--自适应控制在城市交通管理中的应用

摘要

针对本学期所学自适应控制知识，在上网搜集资料和参考论文的情况下，对自适应控制的学习做出了总结。针对当前城市交通信号控制的发展趋势，并结合国内外相关研究的进展情况，对城市交通自适应控制方法进行了总结和学习。

目前交通控制的发展已走过了3个时代，在美国第三代控制系统遭受挫折时，自适应系统却取得了公认的成功，已在世界上许多城市安装和使用。主要有英国运输和道路研究所（TRRI）研制的SCOOT系统，以澳大利亚悉尼为背景开发的交通自适应协调系统（SCATS）以及日本的京三系统等。由于与动态交通诱导系统（DRGS）、先进公共交通系统（APTS）结合上的优势，自适应控制被认为实用性最强，是发展先进的交通管理系统（ATMS）的最佳基础。自适应交通控制系统将是未来一个阶段交通控制系统的发展方向。面向中国城市交通情况和TTS功能需求，开发研究新一代的实时自适应控制与管理系统，成为了我国城市交通控制系统发展的必由之路。

1. 自适应控制

自适应控制系统在工作的过程中能不断地检测系统参数或运行指标，根据参数或运行指标的变化，改变控制参数或控制作用，使系统工作于最优工作状态或接近于最优工作状态。自适应控制系统可分为三大类：模型参考型自适控制系统、自校正控制系统、其他类型的自适应控制系统。

自适应控制系统主要由控制器、被控对象、自适应器及反馈控制回路和自适应回路组成。与常规的反馈控制系统比较，自适应控制系统有三个显著特点：控制器可调，增加了自适应回路，适用对象。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:变增益控制、

模型参考自适应控制系统、自校正控制系统。

1）、变增益控制：结构和原理比较直观,调节器按被控系统的参数已知变化规律进行设计。当参数因工作情况和环境等变化而变化时，通过能测量到反映系统当前状态的系统变量，比照对系统的运行的要求(或性能指标)，经过计算并按规定的程序来改变调节器的增益结构。这种系统虽然仅仅是对增益的变化进行自适应调节，难以完全克服系统模型未知或模型参数变化带来的影响以实现完善的自适应控制，但是由于系统结构简单、响应迅速、所以在许多实际系统中得到应用。

图1 变增益自适应机构

这种系统的结构如图1所示，这种系统虽然仅仅是对增益的变化进行自适应调节，难以完全克服系统模型未知或模型参数变化带来的影响以实现完善的自适应控制，但是由于系统结构简单，响应迅速，所以在许多实际系统中得到应用。当然,对于复杂的被控系统，仅仅进行增益的自适应是不够的。因此，研究对更多的参数的变化以及结构的变化的自适应是理论和应用发展的需要。

2)、模型参考自适应控制系统（MRAC）：模型参考自适应控制系统源于确定性伺服问题，它由两个环路所组成。内环由调节器与被控系统组成可调系统，外环由参考模型与自适应机构组成。

图2 自校正控制系统

MRAC的内、外环的调整过程同时影响整个系统的稳定性和性能，其稳定性、稳定过程和鲁棒性是MRAC的重要研究内容。主要的研究工具为Lyapunov稳定性理论和Popov超稳定性理论。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。

3)、自校正控制系统：自校正控制系统又称为参数自适应系统，它源于随机调节问题，该系统有两个环路，一个环路由参数可调的调节器和被控系统所组成，称为内环，它类似于通常的反馈控制系统；另一个环路由递推参数估计器与调节器参数计算环节所组成，称为外环。

图3 模型参考自适应控制

自校正控制系统与其它自适应控制系统的区别为其有一显性进行系统识和控制器参数计算(或设计)的环节这一显著特征。自校正控制的思想是将在线参数估计与调节器的设计有机的结合在一起。自适应控制常常兼有随机性、非线性和时变等特征,内部机理也相当复杂,所以分析这类系统十分困难。目前,已被广泛研究的理论课题有稳定性、收敛性和鲁棒性等,但取得的成果与人们所期望的还相差甚远。

4）、其他自适应控制：是在基于以上三种控制方式发展而来的。包括混合自适应控制、对象具有未建模动态时的混合自适应控制、非线性控制的对象的自适应控制、模糊自适应控制等。该类控制在城市交通管理当中也得到了广泛应用，在本文中我们将陆续进行介绍。

2. 自适应控制的应用

城市交通系统，通常具有很强的非线性、模糊性和不确定性。城市交通信号控制自1868 年英国伦敦首次使用燃汽式信号灯以来，已经经历了

一个多世纪的发展。随着计算机技术和其它信息技术的发展，交通控制技术也得到相应的发展，经历了从单点控制到线控、再到面控，从定时控制到感应控制、再到自适应控制，从无检测器到有检测器的发展过程。从控制原理上来分，交通控制可以分为定时控制、感应控制和自适应控制。可以说，自适应控制方式是较其它两种更为先进的控制方式。

城市交通自适应控制是当前交通控制一个热点，因为，自适应控制是把交通系统作为一个不确定系统，通过检测器获得交通信息(如车流量、速度等)，根据当前的交通状况，建立交通模型，实时调整信号控制参数，使得研究领域内的某一指标最小。即逐渐了解和掌握对象，把它们与希望的动态特性进行比较，利用差值得到相应的控制参数，从而保证不论交通环境如何变化，都可使控制效果达到最优或次最优。

2.1随机混合自适应控制在交通信号控制中的应用

针对中国中小城市道路交通的特点及交通控制系统现状和未来发展的需要，文献[8]将随机混合自适应控制应用于城市交通信号控制系统。改变传统的城市交通控制系统，减少车辆的等待时间，改善交叉口通行能力，为优化城市交通控制提供一种参考方法。

在设计自适应控制器时采用了离散与连续相结合的方法，建立混合自适应控制系统。该系统始终保持连续时间状态，但控制参数的估计和调整是离散的。从适应对象而言，混合自适应控制有确定型的和随机型的，由于城市交通的不确定性，采用随机混合自适应控制系统对城市交通信号系统进行控制。这样即满足了交通控制的连续行，又满足了数字计算技术的离散性，使系统满足了调整快速性和抗干扰性。

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控制目标：设计一种随机混合自适应控制器用于交通控制系统，使所