自适应控制一自校正控制(一 重庆大学自动化学院孙檬华 自适应控制 第四章自校正控制(一)
自适应控制 – 自校正控制（一） 重庆大学自动化学院 孙棣华 自适应控制 第四章 自校正控制（一）
@第四章自校正控制(-) 4.1引言 自校正控制的特点 ◆自校正控制系统具有对象数学模型的在线辩识环节。 ◆自校正控制系统是一种把过程参数的在线辩识与控制器的在线设计有机结合在一起的控 制系统。 ◆自校正控制系统可以选择不同的参数估计和控制器设计方法,他们的不同结合就形成不 同的自校正控制系统 自适应控制一自校正控制 重庆大学自动化学院孙棣华
自适应控制 – 自校正控制（一） 重庆大学自动化学院 孙棣华 4.1 引言 自校正控制的特点 ◆ 自校正控制系统具有对象数学模型的在线辩识环节。 ◆ 自校正控制系统是一种把过程参数的在线辩识与控制器的在线设计有机结合在一起的控 制系统。 ◆ 自校正控制系统可以选择不同的参数估计和控制器设计方法，他们的不同结合就形成不 同的自校正控制系统。 第四章 自校正控制（一）
@第四章自校正控制(-) ◆系统自动进行被控对象的建模和控制器设计,并且在每一个采样周期都对过程模型和 控制器进行校正。 ◆强调控制器自动调节自己的参数以获得所需闭环系统特性,故称为自校正控制器 ◆这类控制系统在设计辩识算法和控制算法时考虑了随机干扰的影响,因此属于随机自 适应控制系统。 自适应控制一自校正控制 重庆大学自动化学院孙棣华
自适应控制 – 自校正控制（一） 重庆大学自动化学院 孙棣华 ◆ 系统自动进行被控对象的建模和控制器设计，并且在每一个采样周期都对过程模型和 控制器进行校正。 ◆ 强调控制器自动调节自己的参数以获得所需闭环系统特性，故称为自校正控制器 ◆ 这类控制系统在设计辩识算法和控制算法时考虑了随机干扰的影响，因此属于随机自 适应控制系统。 第四章 自校正控制（一）
@第四章自校正控制(-) 自校正控制的框图 控制器参数计算 参数估计器 (k) r(k) (k) y(k) 控制器 被控对象 自校正控制系统可以看作由内外两个环组成,是在常规反馈控制(称为内环)的基础 上增加了一个由“参数估计器”和“控制器参数计算”两框所组成的外环而构成的。 正是这一外环的存在,使系统具有了自适应能力。 自适应控制一自校正控制 重庆大学自动化学院孙棣华
自适应控制 – 自校正控制（一） 重庆大学自动化学院 孙棣华 ◆ 自校正控制系统可以看作由内外两个环组成，是在常规反馈控制（称为内环）的基础 上增加了一个由“参数估计器”和“控制器参数计算”两框所组成的外环而构成的。 ◆ 正是这一外环的存在，使系统具有了自适应能力。 ( ) ˆ k 控制器参数计算 控 制 器 参数估计器 被控对象 r(k) v (k) u(k) y(k) 自校正控制的框图 第四章 自校正控制（一）
@第四章自校正控制(-) 自适应的过程 ◆参数佑计器:根据输入、输出得到对象模型未知参数的估计值θ(k)。 ◆控制器参数计算:根据参数估计值θ(k)计算控制器参数,“控制器”用新的控制参数 计算控制量。 ◆系统开始运行时,由于参数估计值θ(k)与其真值θ(k)的差别可能很大,控制效果可 能很差。但随着过程的进行,参数估计值会越来越精确,控制效果也会越来越好。当 对象特性发生变化时,(k)会发生相应的改变。从而使控制器参数也发生相应的变化 ,自动适应变化了的对象。 自适应控制一自校正控制 重庆大学自动化学院孙棣华
自适应控制 – 自校正控制（一） 重庆大学自动化学院 孙棣华 自适应的过程 ◆ 参数估计器：根据输入、输出得到对象模型未知参数的估计值 。 ◆ 控制器参数计算：根据参数估计值 计算控制器参数，“控制器”用新的控制参数 计算控制量。 ◆ 系统开始运行时，由于参数估计值 与其真值 的差别可能很大，控制效果可 能很差。但随着过程的进行，参数估计值会越来越精确，控制效果也会越来越好。当 对象特性发生变化时， 会发生相应的改变。从而使控制器参数也发生相应的变化 ，自动适应变化了的对象。 ( ) ˆ k ( ) ˆ k ( ) ˆ k (k) ( ) ˆ k 第四章 自校正控制（一）
@第四章自校正控制(-) 确定性等价原理 自校正控制系统的设计中,通常认为对象的所有未知参数用它们的相应的估计值代 替后,其控制规律(即计算的函数式)的形式恰好与对象参数已知时的随机最优控 制规律的形式相同。 ◆因此在设计控制器的时候,先假设被控对象的所有参数已知,并综合出控制律,然 后将控制律中的未知参数用它们的估计值来代替。 ◆显然,这里没有考虑参数估计精度的影响,因此一般来讲,这时的自校正控制律不 定是渐近最优的。 自适应控制一自校正控制 重庆大学自动化学院孙棣华
自适应控制 – 自校正控制（一） 重庆大学自动化学院 孙棣华 确定性等价原理 ◆ 自校正控制系统的设计中，通常认为对象的所有未知参数用它们的相应的估计值代 替后，其控制规律（即计算的函数式）的形式恰好与对象参数已知时的随机最优控 制规律的形式相同。 ◆ 因此在设计控制器的时候，先假设被控对象的所有参数已知，并综合出控制律，然 后将控制律中的未知参数用它们的估计值来代替。 ◆ 显然，这里没有考虑参数估计精度的影响，因此一般来讲，这时的自校正控制律不 一定是渐近最优的。 第四章 自校正控制（一）
@第四章自校正控制(-) 显式与隐式自校正控制 ◆在间接自适应算法中,控制器参数并不是直接更新,而是基于在线估计的过程模型参数 间接更新,因此,这类间接的方法称为显式自校正控制 ◆若通过对模型的重新参数化,可以实现对控制器参数的直接估计,则可省去“控制器参 数计算”直接获得控制器参数,这类间接的方法称为隐式自校正控制 ◆不应过分强调两者的区别,其基本概念都是要识别过程和/或闭环系统的某些参数。 自适应控制一自校正控制 重庆大学自动化学院孙棣华
自适应控制 – 自校正控制（一） 重庆大学自动化学院 孙棣华 显式与隐式自校正控制 ◆ 在间接自适应算法中，控制器参数并不是直接更新，而是基于在线估计的过程模型参数 间接更新，因此，这类间接的方法称为显式自校正控制 ◆ 若通过对模型的重新参数化，可以实现对控制器参数的直接估计，则可省去“控制器参 数计算”直接获得控制器参数，这类间接的方法称为隐式自校正控制 ◆ 不应过分强调两者的区别，其基本概念都是要识别过程和/或闭环系统的某些参数。 第四章 自校正控制（一）
@第四章自校正控制(-) 4.2单步输出预测自校正控制 首先介绍最小方差控制的基本概念 然后推导被控对象的预测模型 在此基础上得到预测控制律 然后讨论对象参数不确定时的自校正算法。 自适应控制一自校正控制 重庆大学自动化学院孙棣华
自适应控制 – 自校正控制（一） 重庆大学自动化学院 孙棣华 4.2 单步输出预测自校正控制 首先介绍最小方差控制的基本概念 然后推导被控对象的预测模型 在此基础上得到预测控制律 然后讨论对象参数不确定时的自校正算法。 第四章 自校正控制（一）
@第四章自校正控制(-) 421最小方差控制 实例:造纸质量控制 ◆设纸的每平方米重量为y(k),则造纸机的设定值应在y,使得造出来的纸产生低于检 验限的概率小于某一正数β。 ◆如果y(k)的方差大,那么,为了满足“纸产生低于检验限的概率小于某一正麴”的 要求,设定值就应该定在远离检验限的地方(图42)。 ◆这时,所用的原材料(纸浆)多,能耗也大。如果y(k)的方差很小,那么可以把y(k) 的设定值定衠接近检验限y0的地方,这时所用的纸浆少,能耗低,能获得高的效益。 自适应控制一自校正控制 重庆大学自动化学院孙棣华
自适应控制 – 自校正控制（一） 重庆大学自动化学院 孙棣华 4.2.1 最小方差控制 实例: 造纸质量控制 ◆ 设纸的每平方米重量为 ，则造纸机的设定值应在 ，使得造出来的纸产生低于检 验限的概率小于某一正数 。 ◆ 如果 的方差大，那么，为了满足“纸产生低于检验限的概率小于某一正数 ”的 要求，设定值 就应该定在远离检验限的地方（图4.2）。 ◆ 这时，所用的原材料（纸浆）多，能耗也大。如果 的方差很小，那么可以把 的设定值定在接近检验限 的地方，这时所用的纸浆少，能耗低，能获得高的效益。 y (k) y (k) 0 y y (k) y (k) 0 y 0 y 0 y 第四章 自校正控制（一）
@第四章自校正控制() 高方差 低方差 设定点 高方差设定点 低方差设定点 检验限 自适应控制一自校正控制 重庆大学自动化学院孙棣华
自适应控制 – 自校正控制（一） 重庆大学自动化学院 孙棣华 y t 设定点 t 检验限 低方差设定点 高方差设定点 y 低方差 高方差 第四章 自校正控制（一）