自适应控制-绪论

控制、滤波、预报,自适应控制技术,自适应技术的工程背景不确定性，高性能要求适应变化，提高性能内涵自适应控制、自适应滤波、自适应预报目的了解相关概念、定义、发展过程、已有理论和成果掌握基本理论、基本方案及设计方法进行新的理论和应用研究，如何开展研究课程特点存在问题解决问题问题驱动习题20%、仿真作业20%、考试60%,引言,关于自动控制器的设计,1.自适应问题的提出,1.自适应问题的提出,1.自适应问题的提出,1.自适应问题的提出,2.控制方案基本类型,开环控制控制量不是输出量的函数适于对象确定、无内外扰动情况结构简单，效果好闭环控制控制量是输出量的函数适应较小不确定性对一般小扰动具有鲁棒性，对大扰动，系统不稳定系统灵敏度函数被控对象变化程度引起系统传递函数变化程度的大小开环大于闭环,开环与闭环控制,系统灵敏度函数,系统传递函数,T对P微分,灵敏度函数,开环系统,2.控制方案基本类型,开环与闭环控制,稳定性？鲁棒性与性能？,2.控制方案基本类型,鲁棒性与性能矛盾,非结构性模型扰动,标称系统,稳定性条件,标称传函与灵敏度,鲁棒性要求：最好使小些，使大些，降低系统对建模误差的灵敏度。控制性能要求：尽可能使小些，使大些。希望性能好，就必须牺牲鲁棒性，反之亦然。,2.控制方案基本类型,鲁棒性与性能矛盾,在设计固定增益的控制系统时，关键问题是应确定系统性能和鲁棒性必须占有优势的频率范围。自适应控制的价值在于它能够降低模型的不确定性，因而有可能在一个宽广的频率范围内得到良好的性能。,灵敏度与系统增益、带宽之间的关系,2.控制方案基本类型,开环与闭环控制,对象特性变化的影响,2.控制方案基本类型,开环与闭环控制,2.控制方案基本类型,开环与闭环控制,对象特性变化的对开、闭环系统影响,对象特性变化的对开、闭环系统影响,2.控制方案基本类型,开环与闭环控制,2.控制方案基本类型,增益调参控制,2.控制方案基本类型,增益调参控制,2.控制方案基本类型,最优控制,控制品质高可观，60相位裕度，增益裕度不确定或扰动系统性能下降，甚至不稳定,2.控制方案基本类型,鲁棒控制,W：系统外部输入或扰动信号，z：系统受控输出,基于最坏情况下的设计，保守性？,鲁棒控制：以不变应万变，牺牲性能获得对不确定性的鲁棒性自适应控制：以变应变，降低模型不确定性来获得良好的性能,3.自适应控制的定义和要素,定义能在线了解对象通过可调控制器综合控制量根据所确定的性能指标，进行自适应调节三要素感知能力在线实时了解对象：测量对象输出与参考输出之差；直接辨识系统参数适应环节可调控制器：调节控制器参数；直接综合有效控制量适应机制面向目标性能的适应机制：,4.自适应控制主要类型,(1)模型参考自适应控制/直接自适应控制并行结构(ModelReferenceAdaptiveControl,MRAC),感知对象,适应机制,适应环节,三要素设计准则MIT调节律：梯度法调节控制器参数，使李雅普洛夫稳定性设计准则：确定调参律，使系统李.稳定，超稳定性设计准则:确定调参律，使系统超稳定，,方案,并行结构,4.自适应控制主要类型,(1)模型参考自适应控制串行行结构,4.自适应控制主要类型,(2)自校正控制/间接自适应控制(SelfTurningRegulator,STR),方案,三要素设计准则参数辨识：最小二乘法，最小方差：使对象输出对某一给定值的偏差最小极点配置：使对象动态特性与给定理想动态系统特性偏差最小,感知对象,适应环节,适应机制,AutomaticControlvs.AutonomousControl,4.自适应控制主要类型,直接自适应控制与间接自适应控制区别,间接自适应控制需要跌代估计对象参数，然后应用该估计参数更新控制器参数直接自适应控制直接更新控制器参数，不需要显式的对象参数辨识,5.自适应滤波与预报,控制已知干扰和对象模型，设计常规控制器，提高稳定性和品质未知干扰和对象模型，设计自适应控制器，提高稳定性和品质滤波已知信号和噪声模型，设计常规滤波器，提高信噪比未知信号和噪声模型，设计自适应滤波器，提高信噪比预测已知时间序列模型，设计常规预报器，使预报误差最小未知时间序列模型，设计自适应预报器，使预报误差最小,5.自适应滤波与预报,方案,三要素设计准则设计自适应滤波器，提高信噪比设计自适应预报器，使预报误差最小四类：自适应状态估计、自适应信号重构、自适应噪声抑制、自适应预报,适应环节,适应机制,感知对象,6.自适应控制、滤波和预报异同,相同点：三要素了解对象，适应机制，可调环节(控制器、滤波器、预报器)不同点,7.自适应控制技术主要理论问题,主要理论研究问题稳定性收敛性鲁棒性,自适应控制与自动控制其它领域之间关系,8.自适应控制技术的发展,8.自适应控制技术的发展,智能自适应控制技术：神经网络、模糊逻辑,自适应技术向决策层、组织层扩展,8.自适应控制技术的发展,9.自适应控制技术的典型应用,天文望远镜位置控制MRAC原因：激光跟踪光束窄，位置控制精度要求高，结构参数随位置变化大应用MRAC，提高了跟踪精度，非线性影响减少造纸机的自适