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1、第8章 自適應控制概論 8.1 什么是自適應控制系統(tǒng) 8.1.1 系統(tǒng)與控制在運用系統(tǒng)理論分析研究各種現(xiàn)實問題過程中，一般遵循4條基本原則。 1）整體性原則 2）結構功能原則 3）目的性原則第2部分 自適應控制 4）最優(yōu)化原則圖8.1.1 常規(guī)反饋控制系統(tǒng)原理框圖 8.1.2 常規(guī)反饋控制系統(tǒng)控制器是固定的已知數(shù)學模型 有一定的克服對象特性變化的能力 8.1.3 什么是“自適應控制”圖8.1.2 自適應控制系統(tǒng)原理框圖 1)控制器可調(diào) 2)增加了自適應回路 3)適用對象 計算機控制的過程： (a)開機，施加一定的控制(恒值PI，或手動控制)，檢測u(ih)和y(ih)，以構造(8.1.16)和
2、(8.1.17)式； (b)解(8.1.16)和(8.1.17)式,得 和 ,進而由 (8.1.18)和(8.1.19)式獲得控制器參數(shù)Ti和K； (c)將控制器參數(shù)調(diào)整為Ti和K，并投入運行。 8.2 為什么需要自適應控制 8.2.1 常規(guī)控制不能滿足某些問題的要求 圖8.2.1 具有非線性閥的常規(guī)反饋系統(tǒng)原理框圖 8.2.2 什么時候用自適應控制 圖8.2.2 具有非線性閥的常規(guī)反饋系統(tǒng)在不同工作點的階躍響應特性 圖8.2.3 兩軸機器人臂的角速度伺服系統(tǒng)原理框圖 圖8.2.4 兩軸機器人臂的角速度伺服系統(tǒng)在不同慣性矩下的階躍響應特性 8.3 自適應控制的方案 8.3.1 增益程序(調(diào)度)
3、控制(Gain Scheduling)圖8.3.1 增益程序（調(diào)度）控制原理框圖 8.3.2 模型參考自適應控制系統(tǒng)MRAS( Model Reference Adaptive Control System)圖8.3.2 模型參考自適應控制系統(tǒng)MRAS原理框圖 模型參考自適應控制系統(tǒng)MRAS的主要特點：通過輸出誤差信號e(e=y0-y)可以直接表達控制的性能和質(zhì)量；自適應機構不是明顯地去獲得控制u驅(qū)動被控過程，而是通過獲得一組控制器可調(diào)參數(shù)去驅(qū)動；設計主要針對輸出跟蹤問題。模型參考自適應控制系統(tǒng)MRAS的主要優(yōu)缺點：優(yōu)點：通常用模擬元件實現(xiàn)，速度快，實用價值明顯。 缺點：理論基礎尚不完善（假設
4、條件太強），考慮穩(wěn)定性的方法很多，但不明確哪種更好。 8.3.3 自校正控制STC(Slef-Tuning Control)圖8.3.3 自校正控制系統(tǒng)STC原理框圖 值得注意的是自校正控制的主要特點：這種系統(tǒng)的過程建模和控制設計都可視為自動化的；過程模型和控制設計在每個采樣周期中都要更新一次；強調(diào)這種控制器能自己校正自己的參數(shù)，以得到希望的閉環(huán)系統(tǒng)性能。自校正控制STC與模型參考自適應控制MRAS的關系表現(xiàn)在：都有兩個回路：內(nèi)回路常規(guī)控制；外回路自適應； MRAS源于確定性的伺服問題；STC源于隨機調(diào)節(jié)問題；內(nèi)環(huán)外環(huán)的設計方法不同：如MRAS中調(diào)節(jié)器參數(shù)是直接更新，而STC中調(diào)節(jié)器參數(shù)是經(jīng)由
5、參數(shù)估計和控制設計計算間接更新。 8.3.4 自整定PID(PID Auto-tuner) 8.4 自適應控制的設計和理論問題 8.4.1 對控制器設計的基本要求 8.4.2 自適應控制器設計的主要內(nèi)容 8.4.3 對自適應控制的理解及主要理論問題（1）隨機最優(yōu)控制設被控過程的數(shù)學模型用隨機離散-時間方程表示為：根據(jù)隨機最優(yōu)控制理論，要求出一個控制律使得它最小化下列損失函數(shù)： J=EJ (8.4.3)當前的研究結果僅能對特定的控制系統(tǒng)求解，即(8.4.1)，(8.4.2)滿足條件：G1,G2都是線性函數(shù)；I是二次型目標函數(shù)；v,都是高斯分布的隨機向量序列。（2）對自適應控制的理解根據(jù)上述討論，對自適應控制可以有如下的基本認識： 假設模型是自適應控制的基礎；總是與假設模型的系數(shù)的不確定性有關；是一種次最優(yōu)的方法。（3）自適應控制的理論問題主要包括3個方面，即穩(wěn)定性、參數(shù)收斂性和魯棒性。穩(wěn)定性參數(shù)收斂性魯棒性
系統(tǒng)辨識與自適應控制第8章自適應控制概論
