系统辨识与自适应控制结课论文
目录
一、自适应控制系统的由来 二、自适应控制系统的定义 三、自适应控制系统的组成和特点 四、自适应控制的方案
五、自适应控制方法在工业生产等领域的应用 六、发展前景
自适应控制系统
一、自适应控制系统的由来
在控制工程中，控制的目标是设计控制器使被控对象满足某种性能指标，或使系统运动轨迹按某种理想的轨迹运行，达到一种最优的运行状态。在线性系统理论和最优控制理论中，人们对这些问题进行了深入的研究，得到了非常丰富的成果，形成了完整的理论体系。不过，这里要求被控对象的模型都是已知的，并且在多数情况下还要求被控对象具有线性是不变的特征。
在实际的控制过程中，控制对象往往存在不确定性。有时人们对被控对象的数学模型了解并不完全，模型结构存在某种不确定性；或者是对模型结构（如模型的阶数、传递函数零极点的个数等）已经了解，但是由于环境、工况的影响，被控对象模型的参数可能在很大范围内发生变化。
当系统存在不确定性时，按照确定性数学模型所涉及的控制器就不可能得到良好的控制性能，有时系统会出现不稳定的现象。因此，需要一种新的控制系统，她能够自动补偿系统由于过程对象的参数，环境的不定性而造成的系统性能的变化，自适应控制系统应运而生。
自适应控制最初(20世纪50年代末期)主要应用于航天航空领域,此时相应的理论和方法还不成熟,应用上遇到一些失败,但部分人仍然坚持研究,并将其应用推广至其他工业部门;到七十年代随着控制理论和计算机技术的发展,自适应控制取得重大进展,在光学跟踪望远镜、化工、冶金、机加工和核电中的成功应用也充分证明了其有效性;此后,自适应控制技术的应用更得到大幅度扩展;目前从美国新的登月计划到临床医学领域,自适应控制技术的应用都方兴未艾。
二、自适应控制系统的定义
自适应控制系统尚没有公认的统一定义，一些学者针对比较具体的系统构成方式提出了自适应控制系统的定义。有些定义得到了自适应控制研究领域广大学者的认同。下面介绍两个影响比较广泛的定义。
定义1（Gibson，1962年）一个自适应控制系统应提供被控对象当前状态的连续信息，即辨识对象；将当前系统性能与期望性能或某种最优化指标进行比较，在此基础上做出决策，对控制器进行实时修正，使得系统趋向期望性能或趋于最优化状态。
定义2（Landau，1974年）一个自适应系统，应利用可调系统的各种输入-输出信息来度量某个性能指标，然后将测量得出的性能指标与期望指标进行比较，由自适应机构来修正控制器的参数或产生一个辅助信号，以使系统接近规定的性能指标并保持。
定义1和定义2实际上规定了两类最重要的自适应控制系统：自校正系统和模型参考自适应控制系统。它们的区别在于：定义1所规定的系统需要对系统进行辨识，定义2所规定的系统不需要进行显示的辨识；定义1要求自适应系统按照某种最优指标做出决策，定义2不要求进行显式的决策，而将其隐含在某种已知的（通过参考模型表示）性能指标之中。不过两者的基本思想都是一致的。 三、自适应控制系统的组成和特点
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。下图是自适应控制系统原理框图。与常规反馈控制系统比较，自适应控制系统有3个显著特点：
设定值r(t) (参考输入)
控制量u（t） 被控量y(t) (输入) 干扰v(t)
控制器 被控对象 自适应器 1） 控制器可调
相对于常规反馈控制器固定的结构和参数，自适应控制系统的控制器在控制的过程中一般是根据一定的自适应规则，不断更改或变动着的，即自适应控制器在控制的过程中是可调的。 2） 增加了自适应回路
自适应控制系统在常规反馈控制系统基础上增加了自适应回路（或称自适应外环），它的主要作用就是个根据系统运行情况，自动调整控制器，以适应被控对象特性的变化。
3） 适用对象
自适应控制适用于被控对象特性未知或时变的系统，设计时不需要完全知道被控对象的数学模型。
四、自适应控制的方案
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:增益程序控制、模型参考自适应控制系统、自校正控制系统、自整定PID。
1） 增益程序控制：增益程序控制的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。这种系统的结构如图所示，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。
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，它由两个控制回路组成：内回路是由过程和调节器所组成的普通反