多模型自适应控制理论及应用

作为对经典自适应控制改进的控制方法,多模型自适应控制是解决复杂的大范围参数不确定系统的一种有效途径,并在理论和实践中取得了丰富成果。依据控制器集的不同综合策略,其被分为多种类型,本文旨在对加权型的多模型自适应控制进行综述。加权多模型自适应控制的基本思路是采用“分而治之”的办法,离线建立多个局部模型和对应的多个局部控制器,在线加权融合各个局部控制器的控制输出,从而形成全局控制,是实现鲁棒自适应控制的一类重要方法。首先比较详细地介绍了加权多模型自适应控制研究的历史及现状,然后给出相关研究的新进展和一些观点,包括新的加权算法和相应的加权多模型自适应控制系统的稳定性结果等,最后指出未来的几个研究方向。      

智能自适应模型算法控制

本文提出了一种基于增量模型描述的新型MAC——多步预测智能自适应MAC(IAMMAC)。它将基本MAC扩充到多步预测和双重控制。为适应过程模型时变,提出了一种非参数模型单步和多步自校正算法,并引入智能判断、实时截断脉冲响应高频段以提高系统的鲁棒性。此外,文中还详细讨论了最优控制律的计算、闭环动态特性和输出跟踪特性及输入滤波器的设计。     

确定性多变量自校正控制的稳定性、收敛性和鲁棒性

本文用基于传递函数概念的虚拟等价系统方法统一分析各种类型的多变量确定性自校正控制系统的稳定性、收敛性和鲁棒性,分别针对参数估计收敛到真值、参数估计收敛到非真值以及参数估计不收敛的3种情况给出若干定理、推论和注释.在各个判据的基础上,进一步深化对确定性多变量自校正控制系统的理解.所得结论说明:参数估计的收敛性不是确定性多变量自校正控制系统稳定和收敛的必要条件;系统自身的反馈信息对确定性多变量自校正控制是充分的,即外加激励信号不是必要的.     

确定性多变量自校正控制的稳定性、收敛性和鲁棒性

本文用基于传递函数概念的虚拟等价系统方法统一分析各种类型的多变量确定性自校正控制系统的稳定性、收敛性和鲁棒性,分别针对参数估计收敛到真值、参数估计收敛到非真值以及参数估计不收敛的3种情况给出若干定理、推论和注释.在各个判据的基础上,进一步深化对确定性多变量自校正控制系统的理解.所得结论说明:参数估计的收敛性不是确定性多变量自校正控制系统稳定和收敛的必要条件;系统自身的反馈信息对确定性多变量自校正控制是充分的,即外加激励信号不是必要的.      

基于多模型自适应控制方法的FGC控制

冷连轧机动态规格变换时各机架的入口厚度一般变化较大,采用传统自适应控制的辨识算法的收敛速度不能跟随参数实际变化速度,控制效果不佳.针对这一问题,提出一种多模型自适应控制方法.通过对五机架冷连轧机进行仿真表明,多模型自适应FGC系统具有较好的控制精度、跟踪速度以及稳定性.     

协同式多目标自适应巡航控制

针对自动化高速公路（Automated highway system,AHS）车队稳定性问题,发展了一种多目标自适应巡航控制算法,根据李雅普诺夫（Lyapunov）稳定性理论对该问题进行了量化分析,并给出了同质与异质车队稳定性的设计要求,基于模型预测控制（Model predictive control,MPC）理论,综合协调驾驶员期望响应、跟驰安全性、车队稳定性、车队整体品质等控制目标,采用加权二次型性能泛函以及线性矩阵不等式约束的形式,将协同式多目标自适应巡航（Adaptive cruise control, ACC）设计问题最终转化成带约束的在线凸二次规划问题。仿真结果表明,相比单车ACC而言,协同ACC的约束空间更为严苛,车队互联系统稳定性易受车间时距、车队规模、多目标权重、瞬态工况、车辆异质性等因素的影响,建议在跟驰安全性、车队稳定性良好的前提下寻求一定的驾乘舒适性与燃油经济性,以确保车队整体品质。      

隐式自校正动态矩阵控制器

给出了1种隐式自校正动态矩阵控制器。利用两个辨识器证明了其全局收敛性。并给出了仿真实例。     

广义预测自校正控制器的内模结构及全局收敛性

给出了基于CARIMA模型的广义预测控制器的内模结构,分析了其闭环特性和鲁棒性,并证明了显式自校正算法的全局收敛性.     

基于小波神经网络的通用模型自适应控制

提高控制系统鲁棒性的一种有效的方法是应用自适应控制.本文结合通用模型控制策略(Common Model Control-CMC),应用小波神经网络(Wavelet Neurall Network-WNN)自适应控制方法实现对被控对象的逆控制,从而提出基于小波神经网络的通用模型自适应控制(Common Modlel Adaptive Control-CMAC).基于小波神经网络的自适应控制器能产生复杂的控制规律,能更精确地逼近非线性被控对象,也克服了通用模型控制策略要求过程一阶微分模型应该有显式解的局限性.该控制策略的参考轨迹是一条典型的二阶曲线,仿真结果验证了该控制策略的有效性.     

一类多变量自校正控制器及其收敛性的研究

本文结合极点配置的基本设计思想,提出了一类具有输出跟踪的多变量自校正控制算法。该算法将工程应用中提出的要求与系统的性能指标联系起来,实现了闭环极点配置的广义最小方差控制,而性能指标中加权多项式矩阵R(z^-1)的选取是根据使闭环系统输出对参考信号实现稳态无偏跟踪的原则进行的。进而运用Martingle收敛理论对算法进行了研究,导出了控制器的无偏收敛条件。数字仿真研究表明了该算法的可行性和有效性。     

动态噪声特性未知系统的多模型自适应卡尔曼滤波

针对常规自适应卡尔曼滤波器存在过渡过程差的问题,基于一个给定的指标切换函数,采用多个基于不同动态噪声协方差矩阵的卡尔曼滤波器和一个常规自适应卡尔曼滤波器共同组成多模型自适应卡尔曼滤波器.与常规自适应卡尔曼滤波器相比,多模型自适应卡尔曼滤波器可以在保持原有自适应滤波器性能的基础上极大地改善瞬态响应.     

X滤波自适应逆控制算法及在液压位置控制系统中的应用

针对非线性时变特性的液压位置伺服系统跟踪控制问题,基于自适应逆控制理论,提出X滤波液压位置自适应逆控制策略.对传统自适应滤波算法在X滤波结构下的不足,提出变换域变步长归一化最小方差算法.采用该算法对液压伺服位置系统进行了对象建模、在线逆建模及开环控制系统设计.仿真结果表明,X滤波液压位置自适应逆控制具有跟踪速度快、对参数摄动鲁棒性强等良好动态特性.     

简单自适应控制在水压伺服缸系统中的应用

In this research, the positioning control of water hydraulic servo cylinder system with the simple adaptive control (SAC) is discussed. Conventional model reference adaptive control (MRAC) also achieves good tracking performance for cylinder control, but the controller structure was much complicated and was not easy to be realized in application. Compared with MRAC, SAC has simpler and lower order structure, i.e., has higher feasibility. But only few papers concerning with the application of the control performance of SAC to hydraulics and pneumatics are available, especially for water hydraulics. In this paper, we will examine and evaluate the control performance of the SAC strategy and it is confirmed that SAC gives better tracking performance compared with PI control.     

无需辨识的PSD自适应控制器及其应用

对Ｍａｒｓｉｋ、Ｓｔｒｅｊｃ等人的无需辨识自适应控制器给出了算法中增益ｇ（ｋ）和时间常数Ｔ＿ｖ（ｋ）初始值的选择方法，针对算法的不足，提出了两种改进算法，并应用于力学持久机电加热炉的控温上，得到了满意的结果。     

Adaptive high precision position control of servo actuator with friction compensation using LuGre model

Adaptive control of servo actuator with nonlinear friction compensation is addressed.LuGre dynamic friction model is adopted to characterize the nonlinear friction and a new kind of sliding-mode observer is designed to estimate the internal immeasurable state of LuGre model.Based on the estimated friction state,adaptive laws are designed to identify the unknown model parameters and the external disturbances,and the system stability and asymptotic trajectory tracking performance are guaranteed by Lyapunov function.The position tracking performance is verified by the experimental results.     

连续退火炉燃烧控制模型分析和仿真

带钢加热过程是一个具有大惯性滞后、多变量的复杂工况系统,而且连续退火炉处理的带钢品种规格多,带钢速度变化频繁,采用常规的控制方法无法实现控制目标.通过分析原模型机理和数据,建立仿真模型,利用计算机仿真,构建出退火炉带钢温度自动控制系统,是解决目前生产中出口带钢温度难以控制、产品质量不稳定以及能耗浪费问题的有效方法.     

电工钢热连轧宽度自适应模型优化及应用

某厂对电工钢的轧制策略进行了优化,粗轧道次由“1+5”改为“1+3”。在优化后的生产过程中,每次变换钢种,烫辊材就会出现窄尺现象,而紧随其后的电工钢板则出现超宽现象。文中针对该问题,介绍了宽度设定模型和宽度自适应模型的原理,阐述了该问题出现的原因及解决方案,并通过对宽度自适应模型的应用研究及优化攻关,有效地解决了问题,大幅提升了实物质量,降低了宽度封锁率。     

基于KAUTZ模型的预测函数控制及其稳定条件

对模型未知的系统采用Kautz函数逼近得到系统的近似模型.基于所得到的Kautz模型设计了一种预测函数控制器.对该算法进行了稳定性分析,依据Lyapunov稳定性定理得到了保证闭环控制系统稳定的充分条件.仿真实验证明,该算法能够准确逼近真实系统模型,实现自适应控制,得到满意的控制效果.     

无人直升机自抗扰自适应轨迹跟踪混合控制

为满足无人直升机高精度轨迹跟踪的控制需求,并降低直升机动力学模型误差对飞行控制器飞行控制效果产生的影响,提出自抗扰自适应直升机混合控制.该控制器的内环控制采用模型跟随自适应控制,通过使用动量反向传播算法(MOBP)对该内环控制参数进行实时优化.通过使用自抗扰控制(ADRC)对直升机的水平速度进行控制.仿真结果表明,该混合控制器能够实现直升机对预定轨迹的跟踪.相对PID和级联ADRC控制,该控制器具有更好的抗扰性和鲁棒性.通过在200 kg级的专业植保无人直升机XV-2上搭载所提出的控制器,使其自主飞行轨迹跟踪控制的均方根误差在0.6 m以内.     

交流变频矢量控制系统的自适应逆控制

针对一般矢量控制系统存在的动、静态转矩电流与磁场电流的耦合问题,在分析磁场定向偏差对系统性能影响的基础上,首次引入自适应逆控制策略的控制方案,并分析了方案的控制特点.理论分析及仿真实验表明,该控制策略可以有效地解决一般矢量控制系统存在的转矩与磁场耦合对系统性能造成的影响,提高系统动、静态性能.