自適應(yīng)控制常用的控制器_自適應(yīng)控制器的仿真

自適應(yīng)控制技術(shù)

隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)也得到飛速的發(fā)展?，F(xiàn)代交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)總的發(fā)展趨勢(shì)是智能化、模塊化、數(shù)字化和高頻化。電機(jī)控制技術(shù)進(jìn)入了以現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用為特征的新的發(fā)展階段。

在日常生活中，所謂自適應(yīng)是指生物能改變自己的習(xí)性以適應(yīng)新的環(huán)境的一種特征。因此，直觀地講，自適應(yīng)控制器應(yīng)當(dāng)是這樣一種控制器，它能修正自己的特性以適應(yīng)對(duì)象和擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性的變化。

自適應(yīng)控制的研究對(duì)象是具有一定程度不確定性的系統(tǒng)，這里所謂的“不確定性”是指描述被控對(duì)象及其環(huán)境的數(shù)學(xué)模型不是完全確定的，其中包含一些未知因素和隨機(jī)因素。 任何一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)都具有不同程度的不確定性，這些不確定性有時(shí)表現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)部，有時(shí)表現(xiàn)在系統(tǒng)的外部。從系統(tǒng)內(nèi)部來(lái)講，描述被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，設(shè)計(jì)者事先并不一定能準(zhǔn)確知道。作為外部環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的影響，可以等效地用許多擾動(dòng)來(lái)表示。這些擾動(dòng)通常是不可預(yù)測(cè)的。此外，還有一些測(cè)量時(shí)產(chǎn)生的不確定因素進(jìn)入系統(tǒng)。面對(duì)這些客觀存在的各式各樣的不確定性，如何設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)目刂谱饔茫沟媚骋恢付ǖ男阅苤笜?biāo)達(dá)到并保持最優(yōu)或者近似最優(yōu)，這就是自適應(yīng)控制所要研究解決的問題。

自適應(yīng)控制和常規(guī)的反饋控制和最優(yōu)控制一樣，也是一種基于數(shù)學(xué)模型的控制方法，所不同的只是自適應(yīng)控制所依據(jù)的關(guān)于模型和擾動(dòng)的先驗(yàn)知識(shí)比較少，需要在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中去不斷提取有關(guān)模型的信息，使模型逐步完善。具體地說(shuō)，可以依據(jù)對(duì)象的輸入輸出數(shù)據(jù)，不斷地辨識(shí)模型參數(shù)，這個(gè)過(guò)程稱為系統(tǒng)的在線辯識(shí)。隨著生產(chǎn)過(guò)程的不斷進(jìn)行，通過(guò)在線辯識(shí)，模型會(huì)變得越來(lái)越準(zhǔn)確，越來(lái)越接近于實(shí)際。既然模型在不斷的改進(jìn)，顯然，基于這種模型綜合出來(lái)的控制作用也將隨之不斷的改進(jìn)。在這個(gè)意義下，控制系統(tǒng)具有一定的適應(yīng)能力。

比如說(shuō)，當(dāng)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)階段，由于對(duì)象特性的初始信息比較缺乏，系統(tǒng)在剛開始投入運(yùn)行時(shí)可能性能不理想，但是只要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，通過(guò)在線辯識(shí)和控制以后，控制系統(tǒng)逐漸適應(yīng)，最終將自身調(diào)整到一個(gè)滿意的工作狀態(tài)。再比如某些控制對(duì)象，其特性可能在運(yùn)行過(guò)程中要發(fā)生較大的變化，但通過(guò)在線辯識(shí)和改變控制器參數(shù)，系統(tǒng)也能逐漸適應(yīng)。

常規(guī)的反饋控制系統(tǒng)對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)部特性的變化和外部擾動(dòng)的影響都具有一定的抑制能力， 但是由于控制器參數(shù)是固定的，所以當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部特性變化或者外部擾動(dòng)的變化幅度很大時(shí)，系統(tǒng)的性能常常會(huì)大幅度下降，甚至是不穩(wěn)定。所以對(duì)那些對(duì)象特性或擾動(dòng)特性變化范圍很大，同時(shí)又要求經(jīng)常保持高性能指標(biāo)的一類系統(tǒng)，采取自適應(yīng)控制是合適的。但是同時(shí)也應(yīng)當(dāng)指出，自適應(yīng)控制比常規(guī)反饋控制要復(fù)雜的多，成本也高的多，因此只是在用常規(guī)反饋達(dá)不到所期望的性能時(shí)，才會(huì)考慮采用。

自適應(yīng)控制常用的控制器

控制器是自適應(yīng)控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)既定控制策略和保障控制性能的重要環(huán)節(jié)。以下介紹幾種控制器基于線性理論下的控制方法。線性控制的結(jié)構(gòu)如圖4所示

Gf前置濾波器；Gk前向通道控制器；Gp被控過(guò)程（對(duì)象）Gz反饋環(huán)節(jié)控制器；n輸出干擾；u控制信號(hào)；R參考輸入；y系統(tǒng)輸出

1、一般的線性控制器

一般的控制器可描述為：

2、PID控制器

PID控制器是一種具有固定結(jié)構(gòu)形式的線性控制器，其原理圖如圖5所示

3、對(duì)消控制器

控制器的結(jié)構(gòu)圖如圖6所示

非周期控制器 控制的傳遞函數(shù)為：

其他控制器預(yù)報(bào)控制器、最小方差控制器、廣義預(yù)報(bào)控制器、狀態(tài)控制器、狀態(tài)觀測(cè)器和卡爾曼濾波器和謹(jǐn)慎控制器等 。

自適應(yīng)控制器的仿真

以應(yīng)用較為廣泛的自矯正PID控制為例自校正PID控制，實(shí)質(zhì)上是一種極點(diǎn)配置法，就是通過(guò)調(diào)整PID控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，使閉環(huán)系統(tǒng)的特征多項(xiàng)式變成預(yù)定的式子，這種PID控制表達(dá)式離原本的PID表達(dá)式已經(jīng)很遠(yuǎn)了。自校正離散的PID控制。

輸出的基準(zhǔn)與實(shí)際輸出對(duì)比：

輸入初值u：

參數(shù)估計(jì)a：

參數(shù)估計(jì)b

由圖中可以看出，自校正PID控制過(guò)程的輸出和參考模型的輸出基本一致，可見該系統(tǒng)取得了較好的控制效果。