企业综合自动化-自适应控制技术-课件.ppt
《企业综合自动化-自适应控制技术-课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《企业综合自动化-自适应控制技术-课件.ppt(83页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、企业综合自动化企业综合自动化五五 自适应控制技术自适应控制技术 专业硕士学位课程专业硕士学位课程2023/4/15企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术主要内容主要内容企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术1、概述、概述 第一节自适应控制的任务第一节自适应控制的任务第二节第二节自适应控制的相关定义自适应控制的相关定义第三节第三节自适应控制的发展概况自适应控制的发展概况 第四节第四节自适应控制系统的主要类型自适应控制系统的主要类型企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术第一节自适应控制的任务第一节自适应控制的任务1
2、.1 1.1 现代控制理论的局限性现代控制理论的局限性n 必须基于系统的参数模型 n 实施效果不理想和模型不确定性等特点n 现有理论不适于工业系统的控制;如反馈控制和最优控制系统中,均假设被控对象的数学模型已知而且确定,例如其差分方程通常描述为:实际被控对象常常呈现模型未知,非线性,参数时变实际被控对象常常呈现模型未知,非线性,参数时变,多干扰,大迟多干扰,大迟延等特性。延等特性。“确定的”线性系统非线性系统一般反馈与最优控制难以解决的。企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术第二节自适应控制的相关定义
3、第二节自适应控制的相关定义2.1 2.1 “自适应控制自适应控制”的定义的定义1974年,Landau:“自适应控制”的含义是:利用可调系统(通过修改它的参数或结构,或通过修改它的输入信号来调节它的性能)的输入、状态和输出来测量某个性能指标,将其与规定的性能指标进行比较,然后由自适应机构修改可调系统的参数或产生一个辅助信号,以保持系统的性能指标接近于规定的性能指标。企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术基本特征 被控对象均有某种不确定性 a.内部结构和参数的不确定性;b.干扰的不确定性。不确定性要求系统具备学习(或自调整)功能,以保证性能指标最优或次优。本质上决定了
4、自适应系统是一个非线性时变系统。企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术2.2 2.2 自适应控制系统的基本功能自适应控制系统的基本功能 传统的控制理论与控制工程中,当对象是线性定常、并且完全已知的时候,才能进行分析和控制器设计。无论采用频域方法,还是状态空间方法,对象一定是已知的。如,在线性对象已知的情况下,可以进行诸如稳定性分析、超前滞后校正环节设计、极点配置(状态反馈)、最优控制器设计等一系列控制系统的分析和综合工作。这类方法称为基于完全模型完全模型的方法。企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应
5、控制技术四、自适应控制技术这种被控系统的特性未知或处于变化之中,有如下几个原因:n由于被控系统本身的复杂性或所处的环境的恶劣等因素,使得 事先确定系统的数学模型非常困难或代价太高.n如有些化工反应过程机理建模太复杂难以进行,又因代价太高 而不容许通过反复实验以获取系统运行数据并用离线系统辨识的方法来建模.n工作情况的改变引起系统参数的改变.例如:轧钢过程的卷取过程的惯性等会随着钢卷的直径而变化;机械手的动态特性会随机械手的伸屈而大范围内变化.n环境变化引起系统参数的改变.例如:飞行器在低空和高空的气动特性相差很大;某些电子器件和化学反应过程中的某些参数随着环境的温度和湿度的变化而变化.企业综合
6、自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术传统控制方法在模型参数不确定时的应用情况:n传统控制系统对于模型内部参数不确定性和外部扰动的影响有一定的抑制能力,但常常是以牺牲性能为代价的。n鲁棒控制方法是针对一定程度的不确定性提出的,可以在给出参数不确定域的条件下设计稳定的控制器,但同样不能保证性能,并且在参数完全未知时不易使用。n实际上,传统控制方法是以牺牲系统的控制性能为代价,通过控制器本身的鲁棒性控制器本身的鲁棒性被动地适应对象特性或扰动特性未知或变化的控制问题。n这种控制器本身的鲁棒性能适应的这些变化只能是小范围的,不能解决变化较大的对象特性或扰动特性变化问题。企业综合自动
7、化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术实际上,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;企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四
8、、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术第三节自适应控制的发展概况第三节自适应控制的发展概况自适应控制大约在20世纪50年代即已开始发展,当时大都是针对具体对象的设计方案的讨论,尚未形成理论体系.20世纪60年代以来,现代控制理论蓬勃发展所取得的一些成果,如状态空间法、稳定性理论、最优控制、随机控制和参数估计等等,为自适应控制理论的形成和发展准备了条件.自适应控制的设想,最先是由考德威尔(W.1.Caldwell)于1950 年提出来的。企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术自适应控制主要发展历程:n模型参考自适应方法模型参
9、考自适应方法50年代中期-1958 年美国麻省理工学院教授H.P.Whitaker首先应用基于参数最优化设计的模型参考自适应方法设计直升机自适应自动驾驶仪研究提出的.60年代中期-Parks的基于Lyapunov稳定性理论的模型参考自适应控制设计60年代末期-Landau等人的基于Popov超稳定性理论的模型参考自适应控制设计n自校正控制方法自校正控制方法50年代末期-Kalmann提出的边辨识边控制的思想70年代初期-Astrom的自校正调节器70年代中期-Clarke等人的自校正控制企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控
10、制技术四、自适应控制技术第四节自适应控制的主要类型第四节自适应控制的主要类型n 变增益控制n 模型参考自适应控制系统(MRACS)n 自校正控制系统(STR)企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术2、自适应控制系统控制原理、自适应控制系统控制原理n 第四节第四节 自适应控制系统设计的基本假设自适应控制系统设计的基本假设n 第一节第一节 变增益控制变增益控制n 第二节第二节 模型参考自适应控制系统模型参考自适应控制系统n 第三节第三节 自校正控制系统自校正控制系统企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术 这种系统的结构如图1所示,其结构和原理
11、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.2.1 变增益控制企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术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.企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术当然,对于复杂的被控系统,仅仅进行增益的自适应是不够的
12、.因此,研究对更多的参数的变化以及结构的变化的自适应是理论和应用发展的需要.企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术在MRAC方法中,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;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.企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术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
13、构如图3所示.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.2.3 自校正控制系统企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术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.企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术2.4 自适应控制系统设计
14、的基本假设企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术n 第一节第一节 MRACS MRACS 的常见结构的常见结构n 第二节第二节 MRACSMRACS基本原理与数学模型基本原理与数学模型n 第三节第三节 STR STR 基本原理与数学模型基本原理与数学模型3、自适应控制系统分类与算法、自适应控制系统分类与算法n 第四节第四节 自适应控制系统的设计方法自适应控制系统的设计方法企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术3.1 MRACS的常见结构企业综合自动化企业综合自动化 四、自适
15、应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术3.2 MRACS基本原理与数学模型企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合
16、自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化
17、企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术3.3 STR 原理和数学模型企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术企业综合自动化企业综合自动化 四、自适应控制技术四、自适应控制技术q图1所示为具有可调增益的MRAS的框图.图中,开环稳定的被控系统增益Kp随时间,环境或系统内外扰动缓慢变化;Kc为可由自适应规律调节的可调增益(比例调节器的比例系数).3.4.1采用局部参数最优化技术的设计方法 3.4 自适应控制系统的设计方法企业综合
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 企业 综合 自动化 自适应 控制 技术 课件
限制150内