自適應控制技術(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，交流電機驅(qū)動控制技術(shù)也得到飛速的發(fā)展。現(xiàn)代交流傳動控制系統(tǒng)總的發(fā)展趨勢是智能化、模塊化、數(shù)字化和高頻化。電機控制技術(shù)進入了以現(xiàn)代控制理論的應用為特征的新的發(fā)展階段。

在日常生活中，所謂自適應是指生物能改變自己的習性以適應新的環(huán)境的一種特征。因此，直觀地講，自適應控制器應當是這樣一種控制器，它能修正自己的特性以適應對象和擾動的動態(tài)特性的變化。

自適應控制的研究對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”是指描述被控對象及其環(huán)境的數(shù)學模型不是完全確定的，其中包含一些未知因素和隨機因素。 任何一個實際系統(tǒng)都具有不同程度的不確定性，這些不確定性有時表現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)部，有時表現(xiàn)在系統(tǒng)的外部。從系統(tǒng)內(nèi)部來講，描述被控對象的數(shù)學模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，設計者事先并不一定能準確知道。作為外部環(huán)境對系統(tǒng)的影響，可以等效地用許多擾動來表示。這些擾動通常是不可預測的。此外，還有一些測量時產(chǎn)生的不確定因素進入系統(tǒng)。面對這些客觀存在的各式各樣的不確定性，如何設計適當?shù)目刂谱饔?，使得某一指定的性能指標達到并保持最優(yōu)或者近似最優(yōu)，這就是自適應控制所要研究解決的問題。

自適應控制和常規(guī)的反饋控制和最優(yōu)控制一樣，也是一種基于數(shù)學模型的控制方法，所不同的只是自適應控制所依據(jù)的關(guān)于模型和擾動的先驗知識比較少，需要在系統(tǒng)的運行過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，可以依據(jù)對象的輸入輸出數(shù)據(jù)，不斷地辨識模型參數(shù)，這個過程稱為系統(tǒng)的在線辯識。隨著生產(chǎn)過程的不斷進行，通過在線辯識，模型會變得越來越準確，越來越接近于實際。既然模型在不斷的改進，顯然，基于這種模型綜合出來的控制作用也將隨之不斷的改進。在這個意義下，控制系統(tǒng)具有一定的適應能力。

比如說，當系統(tǒng)在設計階段，由于對象特性的初始信息比較缺乏，系統(tǒng)在剛開始投入運行時可能性能不理想，但是只要經(jīng)過一段時間的運行，通過在線辯識和控制以后，控制系統(tǒng)逐漸適應，最終將自身調(diào)整到一個滿意的工作狀態(tài)。再比如某些控制對象，其特性可能在運行過程中要發(fā)生較大的變化，但通過在線辯識和改變控制器參數(shù)，系統(tǒng)也能逐漸適應。

常規(guī)的反饋控制系統(tǒng)對于系統(tǒng)內(nèi)部特性的變化和外部擾動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，所以當系統(tǒng)內(nèi)部特性變化或者外部擾動的變化幅度很大時，系統(tǒng)的性能常常會大幅度下降，甚至是不穩(wěn)定。所以對那些對象特性或擾動特性變化范圍很大，同時又要求經(jīng)常保持高性能指標的一類系統(tǒng)，采取自適應控制是合適的。但是同時也應當指出，自適應控制比常規(guī)反饋控制要復雜的多，成本也高的多，因此只是在用常規(guī)反饋達不到所期望的性能時，才會考慮采用。

自適應控制常用的控制器

控制器是自適應控制系統(tǒng)的重要基礎，是實現(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被控過程（對象）Gz反饋環(huán)節(jié)控制器；n輸出干擾；u控制信號；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：

其他控制器預報控制器、最小方差控制器、廣義預報控制器、狀態(tài)控制器、狀態(tài)觀測器和卡爾曼濾波器和謹慎控制器等 。

自適應控制器的仿真

以應用較為廣泛的自矯正PID控制為例自校正PID控制，實質(zhì)上是一種極點配置法，就是通過調(diào)整PID控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，使閉環(huán)系統(tǒng)的特征多項式變成預定的式子，這種PID控制表達式離原本的PID表達式已經(jīng)很遠了。自校正離散的PID控制。

輸出的基準與實際輸出對比：

輸入初值u：

參數(shù)估計a：

參數(shù)估計b

由圖中可以看出，自校正PID控制過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。