自適應控制

自適應控制的研究對象是具有一定程度不確定性的系統，這裡所謂的“不確定性”是指描述被控對象及其環境的數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。

任何一個實際系統都具有不同程度的不確定性，這些不確定性有時突出在系統內部，有時突出在系統的外部。從系統內部來講，描述被控對象的數學模型的結構和參數，設計者事先並不一定能準確知道。作為外部環境對系統的影響，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，還有一些測量時產生的不確定因素進入系統。面對這些客觀存在的各式各樣的不確定性，如何設計適當的控制作用，使得某一指定的性能指標達到並保持最優或者近似最優，這就是自適應控制所要研究解決的問題。

自適應控制和常規的反饋控制和最優控制一樣，也是一種基於數學模型的控制方法，所不同的只是自適應控制所依據的關於模型和擾動的先驗知識比較少，需要在系統的運行過程中去不斷提取有關模型的信息，使模型逐步完善。具體地說，可以依據對象的輸入輸出數據，不斷地辨識模型參數，這個過程稱為系統的在線辯識。隨著生產過程的不斷進行，通過在線辯識，模型會變得越來越準確，越來越接近於實際。既然模型在不斷的改進，顯然，基於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，控制系統具有一定的適應能力。比如說，當系統在設計階段，由於對象特性的初始信息比較缺乏，系統在剛開始投入運行時可能性能不理想，但是只要經過一段時間的運行，通過在線辯識和控制以後，控制系統逐漸適應，最終將自身調整到一個滿意的工作狀態。再比如某些控制對象，其特性可能在運行過程中要發生較大的變化，但通過在線辯識和改變控制器參數，系統也能逐漸適應。

常規的反饋控制系統對於系統內部特性的變化和外部擾動的影響都具有一定的抑制能力，但是由於控制器參數是固定的，所以當系統內部特性變化或者外部擾動的變化幅度很大時，系統的性能常常會大幅度下降，甚至是不穩定。所以對那些對象特性或擾動特性變化範圍很大，同時又要求經常保持高性能指標的一類系統，採取自適應控制是合適的。但是同時也應當指出，自適應控制比常規反饋控制要複雜的多，成本也高的多，因此只是在用常規反饋達不到所期望的性能時，才會考慮採用。

《自適應控制》主要介紹自適應控制系統的工程式控制制理論、設計方法和應用實例。全書共7章。第1章主要介紹自適應控制的作用、結構、類型和應用概況，第2章介紹一些常用的系統辨識方法，第3章介紹自校正控制系統，第4章和第5章主要介紹模型參考自適應控制系統的基本原理和設計，第6章介紹其他形式的自適應控制系統，第7章是應用舉例。《自適應控制》既可作為自動化、計算機科學與技術以及相關專業高年級本科生和研究生的教材，也可供相關專業技術人員閱讀。

第1章 概論

§1.1 自適應控制系統的研究對象和特點

§1.2 自適應控制系統的基本結構和分類

§1.3 自適應控制的主要理論問題

§1.4 自適應控制的應用概況

第2章 實時參數估計

§2.1 系統辨識的基本內容

§2.2 隨機過程概論

§2.3 經典的辨識方法

§2.4 控制系統的數學描述

§2.5 線性參數模型最小二乘估計

§2.6 線性參數模型極大似然估計

§2.7 遞推演演算法的收斂性

§2.8 各種估計方法的選用和初步比較

§2.9 過程模型結構辨識

§2.10 閉環參數估計

第3章 自校正控制系統

§3.1 概述

§3.2 Diophantine方程

§3.3 最小方差調節器

§3.4 自校正調節器

§3.5 廣義最小方差控制

§3.6 自校正控制器

§3.7 極點配置白校正調節器

§3.8 極點配置自校正控制器

§3.9 多變數自校正控制

§3.10 自校正PID控制器

第4章 模型參考適應控制系統設計基礎

§4.1 Lyapunov穩定性理論

§4.2 正實引理及其應用

§4.3 超穩定性理淪

第5章 模型參考自適應控制系統

§5.1 概述

§5.2 局部參數優化設計

§5.3 基於Lyapunov穩定性理論的設計方法

§5.4 基於超穩定性理論的狀態方程設計方法

§5.5 模型參考自適應系統的魯棒性問題

第6章 其他形式的自適應控制系統

§6.1 模糊自適應控制系統

§6.2 具有人工神經網路的自適應控制系統

§6.3 自適應逆控制

第7章 自適應控制系統的應用

§7.1 船舶駕駛的自適應控制

§7.2 溫度自校正控制

§7.3 工業自適應控制器及其應用

§7.4 飛機自適應駕駛儀

參考文獻