自适应控制

变增益机构 调节器 被控系统
2)模型参考自适应控制系统 模型参考自适应控制系统源于确定性伺服问题，其基本结 构如图2所示,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.
参考模型 前馈调节器 被控系统
反馈调节器 自适应机构 图2 模型参考自适应控制
3.性能指标的控制
• 性能指标的控制可分为开环控制方式和闭环控制方式两种. • 若与过程动态相关联的某些辅助变量可测,而且此辅助变量与 可调控制器参数之间的关系又可根据物理学的知识和经验导出, 这时就可通过此辅助变量直接调整可调控制器,以期达到预定 的性能指标.这就是性能指标的开环控制. • 与开环控制方式不同,在性能指标的闭环控制方式中,还要获得 实际性能与预定性能之间的偏差信息,直到实际性能达到或接 近预定的性能为止.
• 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. o 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.
o 自校正控制系统与其它自适应控制系统的区别为其有 一显性进行系统辨识和控制器参数计算(或设计)的环 节这一显著特征.
调节器参数 设计与计算 (自适应机构) 前馈调节器
参数估计
被控系统
反馈调节器
o 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. • 在自适应控制系统的运行过程中, o 首先进行被控系统参数的在线估计, o 然后基于估计结果进行调节器参数的选择设计或计算,并根 据设计结果在线修改调节器的参数并在线控制,以达到有效 地消除被控系统的参数扰动所造成的影响; o 基于系统运行(控制)结果,再进行下一周期的被控系统的模型 (参数)辨识,控制器相关参数设计(计算)及在线控制. o 如此循环下去,即构成边在线辨识系统模型、边控制的自校 正控制系统. o 其边辨识边控制的过程可由如下流程图示.
反馈调节器 自适应机构
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，其一般结构如图3所示.
调节器参数 设计与计算 (自适应机构) 前馈调节器
参数估计
被控系统
反馈调节器 图3 自校正控制系统
• 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.
自适应控制
12011143 王文博
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o 自适应控制的基本思想是: 在控制系统的运行过程中,系统本身不断地测 量被控系统的状态、性能和参数,从而“认识” 或“掌握”系统当前的运行指标并与期望的 指标相比较,进而作出决策,来改变控制器的结 构、参数或根据自适应规律来改变控制作用, 以保证系统运行在某种意义下的最优或次优 状态.
收敛性
• 自适应控制系统的收敛性是指其自适应规律是否收敛于参数 已知时的最优控制规律. o 对自校正方法,自适应规律的收敛性问题直接与参数估计 环节的收敛性有关. o 无论对于MRACS或自校正控制系统,参数的收敛性问题依 然未能有很好的解决.
鲁棒性
• 系统的鲁棒性是指系统的某种性能指标对系统内部和环境 变化、扰动或未建模动力学特性的不敏感性. o 所讨论的是系统的稳定性的不敏感性,则称为鲁棒稳定 性. o 自适应控制系统的鲁棒性主要是指:在存在扰动和未建 模动力学特性的条件下,系统保持其稳定性和性能的能 力.
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自适应控制系统必须具有三个特征或功能:
1.过程信息的在线积累 • 在线积累过程信息的目的,是为了降低对被控系统的的结构和参数值 的原有的不确定性. • 为此,可用系统辨识的方法在线辨识被控系统的结构和参数,直接积累 过程信息;也可通过量测能反映过程状态的某些辅助变量,间接积累过 程信息. 2.可调控制器 • 可调控制器是指它的结果、参数或信号可以根据性能指标要求和被 控系统的当前状态进行自动调整. • 这种可调性要求是由被控系统的数学模型的不定性决定的,否则就无 法对过程实现有效的控制.
开始
辨识
控制器 参数计算 (设计) 下一周期
在线控制
稳定性
• 稳定性是一个控制系统设计中的首要目标,自适应控制系统 设计亦如此. o 目前许多自适应控制系统的设计是以能保证整个系统 全局稳定为准则的. o 对确定性被控系统的自适应系统,稳定性分析和设计问 题相对来说研究得成熟一些. o 但对随机被控系统,则困难得多,取得的成果也有限.
o 内环形成一个一般的反馈控制系统 , 只是其控制器的 参数不是固定的，而是由外环进行调整; o 当被控系统受干扰的影响而使运行特性偏离了参考模 型的输出的期望轨迹 , 则通过被控系统和参考模型的 输出之差产生的广义误差来修改调节器的参数 , 使可 调系统与参考模型相一致.
参考模型 前馈调节器 被控系统
自适应控制系统的形式
因设计的原理和结构的不同,自适应控制系Biblioteka Baidu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
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1) 变增益控制
• 这种系统的结构如图1所示,其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.
变增益机构 调节器 被控系统
图1 变增益自适应机构
• 按这种思想建立起来的控制系统就称为自适应控制系统. 实际上,从控制理论的发展来说,反馈控制、扰动补偿控制、 最优控制、以及鲁棒控制等,都是为了克服或降低系统受 外来干扰或内部参数变化所带来的控制品质恶化的影响. 这些在一定范围或某个侧面上亦能克服或抑制某些不确 定性或干扰的传统控制方法与自适应控制的区别在于自 适应控制是主动去适应这些系统或环境的变化,而其它控 制方法是被动地、以不变应万变地靠系统本身设计时所 考虑的稳定性裕量或鲁棒性克服或降低这些变化所带来 的对系统稳定性和性能指标的影响;