模型参考自适应控制教学.ppt

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模型参考自适应控制在原理及结构上与自校正控制有很大差别，这类系统的性能要求不是用一个指标函数来表达，而是用一个参考模型的输出或状态响应来表达，例如导弹的稳定控制系统。
参考模型的输出或状态相当于给定一个动态性能指标，通过比较受控对象及参考模型的输出或状态响应取得误差信息，按照一定的规律（自适应律）来修正实际系统的参数（参数自适应）或产生一个辅助输入信号（信号综合自适应），从而使实际系统的输出或状态尽量跟随参考模型的输出或状态。参数修正的规律或辅助输入信号的产生是由自适应机构来完成的。
由于在一般情况下，被控对象的参数是不便直接调整的，为了实现参数可调，必须设置一个包含可调参数的控制器。这些可调参数可以位于反馈通道、前馈通道或前置通道中，分别对应地称为反馈补偿器、前馈补偿器、前馈补偿器及前置滤波器，例如航天飞机的姿态控制系统。
为了引入辅助输入信号，则需要构成单独的自适应环路。它们与受控对象组成可调系统。模型参考自适应控制系统的基本结构如图17－1所示。
图（17-1）模型参考自适应系统基本结构图
由图17-1可见，参考模型与可调系统的相互位置是并联的，因此称为并联模型参考自适应系统。这是最普遍的一种结构方案。除此之外，还有串并联方案及串联方案，其基本结构如图17-2所示。
模型参考自适应控制问题的提法可归纳：根据获得的有关受控对象及参考模型的信息（状态、输出、误差、输入等）设计一个自适应控制律，按照该控制律自动地调整控制器的可调参数（参数自适应）或形成辅助输入信号（信号综合自适应），使可调系统的动态特性尽量接近理想的参考模型的动态特性。
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下面，我们将对各种设计方法分别进行介绍。
伍
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基于波波夫超稳定性及正性概念的设计方法。
肆
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基于李雅诺夫稳定性理论的设计方法：
叁
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参数最优化方法：
贰
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模型参考自适应系统的基本设计方法有以三种：
壹
第一节 按局部参数最优化设计自适应控制的方法
这是以参数最优化理论为基础的设计方法。它的基本思想是：假设可调系统中包含若干个可调参数，取系统性能指标为理想模型与可调系统之间误差的函数，显然它亦是可调参数的函数，因此可以将性能指标看作参数空间的一个超曲面。
当外界条件发生变动或出现干扰时，受控对象特性会发生相应变化，由自适应机构检测理想模型与实际系统之间的误差，例如水箱液面控制系统。对系统的可调参数进行调整，且寻求最优的参数，使性能指标处于超曲面的最小值或其邻域内。
最常用的参数最优化方法有梯度法、共轭梯度法等。，。：
式中，只有 受环境影响而变化，是未知的； 及 则为已知的常系数多项式。所选择的参考模型传递函数为：
(17-1)
(17-2)
式中， 根据希望的动态响应来确定。
在可调系统中仅设置了一个可调的前置增益 ，由自适应机构来进行调节。选取性能指标为
(17-3)
式中， 为输出广义误差。要求设计调节 的自适应律，使以上性能指标达到最小。下面，用梯度法来求它的自适应律。
为使J达最小，首先要求出J对 的梯度；
(17-4)