現(xiàn)代控制理論的應用

1、現(xiàn)代控制理論的應用王力2011117322現(xiàn)代控制理論的應用2011117322 王力物 聯(lián)網(wǎng)工程 現(xiàn)代控制理論:狹義的是指60年代發(fā)展起來的采用狀 態(tài)空間方法研究實現(xiàn)最優(yōu)控制目標的控制系統(tǒng)綜合設計理論;廣義的 是指60年代以來發(fā)展起來的所有新的控制理論與方法。采用狀態(tài)觀測器對系統(tǒng)狀態(tài)進行估計（或稱重構）實際反饋控制主要 優(yōu)點是理論體系嚴謹完整；可獲得理想的最優(yōu)控制性能，設計過程較 少依賴經(jīng)驗試湊；主要缺點是要求系統(tǒng)模型準確，否則實際控制性能 并非最優(yōu)，即控制系統(tǒng)魯棒差；理論較抽象，缺乏直觀性，不易理解， 需要較多數(shù)學知識；性能指標函數(shù)中的加權Q和R選取無定量準則 可循，也需憑經(jīng)驗選取，故設計

2、結果也與設計人員有關。自動控制系統(tǒng)是指為實現(xiàn)自動控制目標由自動化儀表與被控對象所 聯(lián)接成閉環(huán)系統(tǒng)。其組成結構是由被控對象、測量代表、控制器或調(diào) 節(jié)器和執(zhí)行器構成反饋閉環(huán)結構，其形式有單回路形式和串級雙回路 形式；性能指標：定性的有穩(wěn)（定性）、準（確性）、快（速性）；控 制律（或控制策略、控制算法）：控制系統(tǒng)中控制器或調(diào)節(jié)器所采用 的控制策略，即用系統(tǒng)偏差量如何確定控制量的數(shù)學表示式?，F(xiàn)代控制理論主要應用于航空類飛行器控制現(xiàn)代控制理論是基 于時域的系統(tǒng)分析方法，目前基本都是高端如火箭發(fā)射，導彈制導之 類的復雜系統(tǒng)基于動態(tài)矩陣的預測控制等。比如在汽車中運用的自適 應控制，汽車制動防抱死系統(tǒng)的控制，

3、自適應估計等定速巡航系統(tǒng)的 初衷是讓車輛運行在最佳的發(fā)動機轉(zhuǎn)速一油耗平衡點，汽車發(fā)動機的 轉(zhuǎn)速跟扭矩、油耗是有一定比例關系的，單位距離油耗最省的發(fā)動機 轉(zhuǎn)速所對應的速度就是巡航速度，這個定速巡航巡航系統(tǒng)就是個典型 的現(xiàn)代控制系統(tǒng)，車輛快了，它幫你松油門，車輛慢了，它幫你踩。 現(xiàn)代控制理論的應用于實際存在的很大的問題是系統(tǒng)模型是否準確可靠，因為模型如果不可靠，理論的完美與否也沒有任何意義。而在 汽車中的自適應控制就是對現(xiàn)代控制論的一個很好地應用。自適應系統(tǒng)主要由控制器、被控對象、自 適應器及反饋控制回路和自適應回路組成自適應控制系統(tǒng)有三個顯著特點：1、控制器可調(diào)：相對于常規(guī)反饋控制器固定的結構和

4、參數(shù)，自適應 控制系統(tǒng)的控制器在控制的過程中一般是根據(jù)一定的自適應規(guī)則，不 斷更改或變動的；2、增加了自適應回路：自適應控制系統(tǒng)在常規(guī)反饋控制系統(tǒng)基礎上 增加了自適應回路（或稱自適應外環(huán)），它的主要作用就是根據(jù)系統(tǒng) 運行情況，自動調(diào)整控制器，以適應被控對象特性的變化；3、適用對象：自適應控制適用于被控對象特性未知或擾動特性變化 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)，設計時不需 要完全知道被控對象的數(shù)學模型。:一、自適應控制在汽車主動懸架上的應用應用于主動懸架的自適應控制方法主要有增益調(diào)度控制、模型參考自適應控制和自校 正控制三類：增益調(diào)度控制是一種開環(huán)自適應控制，通過監(jiān)測過程的 運

5、行條件來改變控制器參數(shù)；模型參考自適應控制（即簡化自適應控 制）通過跟蹤一個預先定義的參考模型，按照反饋和輔助控制器參數(shù)的自適應控 制規(guī)則，使非線性時變的懸架系統(tǒng)達到預期的最優(yōu)性能；自校正控制 是將受控對象參數(shù)在線估計與控制器參數(shù)整定相結合，形成一個能自 動校正控制器參數(shù)的離散實時計算機控制系統(tǒng)（即數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)）， 是目前應用最廣的一類自適應控制方法。自適應控制方法已在德國大眾汽車公司的底盤上得 到了應用。.模型參考自適應控制工業(yè)產(chǎn)生背景是：70STR是年代發(fā)展起來的一種隨機自適應控制，2過程控制由于強隨機干擾、模型未知、參數(shù)時變、大時滯等因素，導 致常規(guī)的控制方法效果差。它是參數(shù)在線估計與隨

6、機最小方差控制的 結合，已有廣泛的應用成果，其難點在于收斂性。.焉參考模型車輛動力學模型參考模型參考模型自適應控制圖反憒控制薜千克簧上質(zhì)量為300簧上質(zhì)量為500千克輪胎動載荷麗潴母m波二、最優(yōu)控制理論在電力系統(tǒng)勵磁控制中的應用技術的綜合 勵磁調(diào)節(jié)器、基于非線性最優(yōu)和PID1對于非線性系統(tǒng)的同步發(fā)電機 而言，當它偏離系統(tǒng)工作點或系統(tǒng)發(fā)生較技術的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，就 會出現(xiàn)誤大擾動時，如果仍然采用基于PID差。為此，可以將其用基 于非線性最優(yōu)控制技術的勵磁調(diào)節(jié)器。但是，非線性最優(yōu)控制調(diào)節(jié)器 存在著對電壓控制能力較弱的缺點，所以用一種技術的電力系統(tǒng)穩(wěn)定 器有機結合的PID能夠?qū)⒎蔷€性最優(yōu)勵磁調(diào)節(jié)器和

7、 新型勵磁調(diào)節(jié)器 的設計原理。、自適應最優(yōu)勵磁控制器2將自適應控制理論與最優(yōu) 控制理論相結合，通過多變量參數(shù)辨識、最優(yōu)55反饋系數(shù)計算和控制算法運算三個環(huán)節(jié)，可以實現(xiàn)同步發(fā)電機勵磁的 自適應最優(yōu)控制。3、基于神經(jīng)網(wǎng)絡逆系統(tǒng)方法的非線性勵磁控制 神經(jīng)網(wǎng)絡逆系統(tǒng)方法將神經(jīng)網(wǎng)絡對非線性函數(shù)逼近學習能力和逆系 統(tǒng)方法的線性化能力相結合，構造出物理可實現(xiàn)的神經(jīng)網(wǎng)絡逆系統(tǒng)， 從而實現(xiàn)了對被控系統(tǒng)的大范圍線性化，能夠在無需系統(tǒng)參數(shù)的情況 下構造出偽線性復合系統(tǒng)，從而將非線性系統(tǒng)的控制問題轉(zhuǎn)化為線性 系的控制問題。、基于灰色預測控制算法的最優(yōu)勵磁控制4預測控 制是一種計算機算法，它米用多步預測的方式增加了反映

8、過程未來變 化趨勢的信息量，因而能克服不確定性因素和復雜變化的影響?；疑?預測控制是預測控制的一個分支，它需建立灰微分方程，能較好地對 對發(fā)電機的功率偏差、轉(zhuǎn)速偏差、電，N）系統(tǒng)作全面的分析。應用 GM（1壓偏差序列值進行建模，經(jīng)全面分析后求出各狀態(tài)量的預測值， 同時根據(jù)最優(yōu)控制理論求出以預測值為狀態(tài)變量的被控勵磁控制系 統(tǒng)的最優(yōu)反饋增益，從而得出具有預測信息的最優(yōu)勵磁控制量。三、 運載火箭的制導和控制把航天器送入預定的軌道需要用多級火箭運載，其制導和控制系 統(tǒng)必須根據(jù)預先設計的發(fā)射彈道來控制火箭發(fā)動機的多次啟動和關 機，并相應地穩(wěn)定和調(diào)整火箭的姿態(tài)，還需要控制級間分離?，F(xiàn)代火 箭制導采用最優(yōu)化理論和小型數(shù)字計算機的迭代制導方法，根據(jù)火箭