先進控制技術綜述

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1、WORD格式可編輯先進控制技術綜述1引言在實際的工業(yè)控制過程中，很多系統(tǒng)具有高度的非線性、多變量耦合性、不確定性、信息不完全性和大滯后等特性。對于這種系統(tǒng)很難獲得精確的數(shù)學模型，并且常規(guī)的控制無法獲得滿意的控制效果。面對這些復雜的工業(yè)控制產(chǎn)生了新的控制策略，即先進控制技術。先進控制技術包括：自適應控制，預測控制，推理控制，魯棒控制以及包括模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡在內(nèi)的智能控制方法。本文詳細介紹了自適應控制、預測控制以及這兩種先進控制的應用領域和優(yōu)缺點[1]。2自適應控制自適應控制的思想是對于系統(tǒng)中的不確定性，以及控制任務的艱巨性，對于部分未建模的動態(tài)特性、變化的被控對象和干擾信號，

2、及時地測得它們的信息，并根據(jù)此信息按一定的設計方法，自動地做出控制決策、修改控制器結構和參數(shù)，使其控制信號能夠適應對象和擾動的動態(tài)變化，在某種意義上達到控制效果最優(yōu)或次優(yōu)。2．1自適應控制介紹目前自適應控制的種類很多，從總體上可以分為三大類：自校正控制、模型參考自適應控制和其他類型的自適應控制。自校正控制的主要問題是用遞推辨識算法辨識系統(tǒng)參數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)運行指標來確定調(diào)節(jié)器或控制器的參數(shù)。其原理簡單、容易實現(xiàn)，現(xiàn)已廣泛地用在參數(shù)變化、有遲滯和時變過程特性，以及具有隨機擾動的復雜系統(tǒng)。自校正控制系統(tǒng)的一般結構圖如圖1所示。自校正控制適用于離散隨機控制系統(tǒng)[2]。圖1自校正控制結構

3、圖模型參考自適應控制，利用可調(diào)系統(tǒng)的各種信息，度量或測出各種性能指標，把模型參考自適應控制與參考模型期望的性能指標相比較；用性能指標偏差通過非線性反饋的自適應機構產(chǎn)生自適應律來調(diào)節(jié)可調(diào)系統(tǒng)，以抵消可調(diào)系統(tǒng)因“不確定性”所造成的性專業(yè)知識整理分享WORD格式可編輯能指標的偏差，最后達到使被控的可調(diào)系統(tǒng)獲得較好的性能指標的目的。模型參考自適應控制可以處理緩慢變化的不確定性對象的控制問題。由于模型參考自適應控制可以不必經(jīng)過系統(tǒng)辨識而度量性能指標，因而有可能獲得快速跟蹤控制。模型參考自適應控制結構框圖如圖2所示，模型參考自適應控制一般用于確定性連續(xù)控制系統(tǒng)。圖2模型參考自適應框圖其他

4、形式的自適應控制系統(tǒng)是指除前面所描述的自校正控制系統(tǒng)和模型參考控制系統(tǒng)以外基于先進理論的自適應控制系統(tǒng)及多變量過程自適應控制系統(tǒng)、非線性自適應控制系統(tǒng)和權系數(shù)自適應控制系統(tǒng)等。2.2自適應控制應用及其優(yōu)缺點控制器參數(shù)的調(diào)整最早出現(xiàn)于1940年，直到20世紀50年代末，由于飛機控制器的需要，麻省理工學院首先提出了飛機自動駕駛儀的模型參考自適應控制方案。1960年至1970年間，伴隨著控制理論的發(fā)展，自適應控制設計有了有效的基礎，進入20世紀80年代后，隨著數(shù)字機性能價格比的迅速改善和微機應用技術的不斷提高，至此自適應控制得到了充分的應用。如今自適應控制得到進一步發(fā)展，其不僅在工

5、業(yè)領域取得了較大的成功，而且在社會、經(jīng)濟和醫(yī)學等非工業(yè)領域也進行了有益的探索。自適應控制的應用主要有以下幾個方面：工業(yè)過程控制，智能化高精密機電或電液系統(tǒng)控制，電力系統(tǒng)的控制，航天航空、航海和無人駕駛，柔性結構與振動和噪聲的控制，生物工程及武器系統(tǒng)。同一般的反饋控制相比，自適應控制具有如下優(yōu)點：(1)一般反饋控制主要適用于事先確知的對象或確定性對象。自適應控制可應用先前無法確知的對象和時變對象。(2)一般反饋控制具有抗干擾能力，能夠消除狀態(tài)擾動引起的系統(tǒng)誤差。自適應控制因為有辨識對象和在線修改參數(shù)的能力，因而不僅能夠消除狀態(tài)擾動引起的系統(tǒng)誤差，還能消除系統(tǒng)結構擾動引起的系統(tǒng)誤

6、差。(3)一般反饋控制系統(tǒng)的設計需要掌握描述系統(tǒng)特性的數(shù)學模型及其環(huán)境變化狀況。自適應控制系統(tǒng)設計很少依賴數(shù)學模型，只需要較少的先驗知識，就可以通過自適應的控制設計實現(xiàn)控制目標。(4)自適應控制是更復雜的反饋控制，與一般反饋控制相比增加了自適應控制機構或辨識器，還附加了一個可調(diào)系統(tǒng)，可以解決更復雜的控制問題。專業(yè)知識整理分享WORD格式可編輯3預測控制預測控制是一種基于預測模型的控制方法，采用了滾動優(yōu)化，反饋矯正等方法。(1)預測模型：預測控制是一種基于模型的控制算法，這一模型稱為預測模型，預測模型的功能是根據(jù)對象的歷史信息和未來輸入預測其未來輸出，這里只強調(diào)模型的功能而不強

7、調(diào)其結構形式；因此預測模型既可以是差分方程、微分方程等參數(shù)模型，也可以是被控過程的脈沖響應、階躍響應等非參數(shù)模型。(2)滾動優(yōu)化：預測控制是一種優(yōu)化算法，它是通過某一性能指標的最優(yōu)來取得未來控制作用的，與通常的離散最優(yōu)控制算法不同，其不是采用一個對全局相同的優(yōu)化性能指標，而是在每一時刻有一個相對于該時刻的優(yōu)化性能指標。(3)反饋校正：預測控制是一種閉環(huán)控制算法。由于實際系統(tǒng)受非線性、時變、模型失配、干擾等因素的影響，基于不變模型的預測輸出不可能與系統(tǒng)的實際輸出完全一致，而在滾動實施優(yōu)化過程中，又要求模型