現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用

1、現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用王力2011117322現(xiàn)代控制理論的應(yīng)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(lái)的采用狀 態(tài)空間方法研究實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制目標(biāo)的控制系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)理論;廣義的 是指60年代以來(lái)發(fā)展起來(lái)的所有新的控制理論與方法。采用狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)（或稱重構(gòu)）實(shí)際反饋控制主要 優(yōu)點(diǎn)是理論體系嚴(yán)謹(jǐn)完整；可獲得理想的最優(yōu)控制性能，設(shè)計(jì)過(guò)程較 少依賴經(jīng)驗(yàn)試湊；主要缺點(diǎn)是要求系統(tǒng)模型準(zhǔn)確，否則實(shí)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(xué)知識(shí)；性能指標(biāo)函數(shù)中的加權(quán)Q和R選取無(wú)定量準(zhǔn)則 可循，也需憑經(jīng)驗(yàn)選取，故設(shè)計(jì)

2、結(jié)果也與設(shè)計(jì)人員有關(guān)。自動(dòng)控制系統(tǒng)是指為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制目標(biāo)由自動(dòng)化儀表與被控對(duì)象所 聯(lián)接成閉環(huán)系統(tǒng)。其組成結(jié)構(gòu)是由被控對(duì)象、測(cè)量代表、控制器或調(diào) 節(jié)器和執(zhí)行器構(gòu)成反饋閉環(huán)結(jié)構(gòu)，其形式有單回路形式和串級(jí)雙回路 形式；性能指標(biāo)：定性的有穩(wěn)（定性）、準(zhǔn)（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(xué)表示式?，F(xiàn)代控制理論主要應(yīng)用于航空類飛行器控制現(xiàn)代控制理論是基 于時(shí)域的系統(tǒng)分析方法，目前基本都是高端如火箭發(fā)射，導(dǎo)彈制導(dǎo)之 類的復(fù)雜系統(tǒng)基于動(dòng)態(tài)矩陣的預(yù)測(cè)控制等。比如在汽車中運(yùn)用的自適 應(yīng)控制，汽車制動(dòng)防抱死系統(tǒng)的控制，

3、自適應(yīng)估計(jì)等定速巡航系統(tǒng)的 初衷是讓車輛運(yùn)行在最佳的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一油耗平衡點(diǎn)，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)速跟扭矩、油耗是有一定比例關(guān)系的，單位距離油耗最省的發(fā)動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的速度就是巡航速度，這個(gè)定速巡航巡航系統(tǒng)就是個(gè)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(yīng)用于實(shí)際存在的很大的問(wèn)題是系統(tǒng)模型是否準(zhǔn)確可靠，因?yàn)槟Ｐ腿绻豢煽?，理論的完美與否也沒(méi)有任何意義。而在 汽車中的自適應(yīng)控制就是對(duì)現(xiàn)代控制論的一個(gè)很好地應(yīng)用。自適應(yīng)系統(tǒng)主要由控制器、被控對(duì)象、自 適應(yīng)器及反饋控制回路和自適應(yīng)回路組成自適應(yīng)控制系統(tǒng)有三個(gè)顯著特點(diǎn)：1、控制器可調(diào)：相對(duì)于常規(guī)反饋控制器固定的結(jié)構(gòu)和

4、參數(shù)，自適應(yīng) 控制系統(tǒng)的控制器在控制的過(guò)程中一般是根據(jù)一定的自適應(yīng)規(guī)則，不 斷更改或變動(dòng)的；2、增加了自適應(yīng)回路：自適應(yīng)控制系統(tǒng)在常規(guī)反饋控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上 增加了自適應(yīng)回路（或稱自適應(yīng)外環(huán)），它的主要作用就是根據(jù)系統(tǒng) 運(yùn)行情況，自動(dòng)調(diào)整控制器，以適應(yīng)被控對(duì)象特性的變化；3、適用對(duì)象：自適應(yīng)控制適用于被控對(duì)象特性未知或擾動(dòng)特性變化 范圍很大，同時(shí)又要求經(jīng)常保持高性能指標(biāo)的一類系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)不需 要完全知道被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。:一、自適應(yīng)控制在汽車主動(dòng)懸架上的應(yīng)用應(yīng)用于主動(dòng)懸架的自適應(yīng)控制方法主要有增益調(diào)度控制、模型參考自適應(yīng)控制和自校 正控制三類：增益調(diào)度控制是一種開(kāi)環(huán)自適應(yīng)控制，通過(guò)監(jiān)測(cè)過(guò)程的 運(yùn)

5、行條件來(lái)改變控制器參數(shù)；模型參考自適應(yīng)控制（即簡(jiǎn)化自適應(yīng)控 制）通過(guò)跟蹤一個(gè)預(yù)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(yīng)控 制規(guī)則，使非線性時(shí)變的懸架系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的最優(yōu)性能；自校正控制 是將受控對(duì)象參數(shù)在線估計(jì)與控制器參數(shù)整定相結(jié)合，形成一個(gè)能自 動(dòng)校正控制器參數(shù)的離散實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（即數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)）， 是目前應(yīng)用最廣的一類自適應(yīng)控制方法。自適應(yīng)控制方法已在德國(guó)大眾汽車公司的底盤(pán)上得 到了應(yīng)用。.模型參考自適應(yīng)控制工業(yè)產(chǎn)生背景是：70STR是年代發(fā)展起來(lái)的一種隨機(jī)自適應(yīng)控制，2過(guò)程控制由于強(qiáng)隨機(jī)干擾、模型未知、參數(shù)時(shí)變、大時(shí)滯等因素，導(dǎo) 致常規(guī)的控制方法效果差。它是參數(shù)在線估計(jì)與隨

6、機(jī)最小方差控制的 結(jié)合，已有廣泛的應(yīng)用成果，其難點(diǎn)在于收斂性。.焉參考模型車輛動(dòng)力學(xué)模型參考模型參考模型自適應(yīng)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(dòng)載荷麗潴母m波二、最優(yōu)控制理論在電力系統(tǒng)勵(lì)磁控制中的應(yīng)用技術(shù)的綜合 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、基于非線性最優(yōu)和PID1對(duì)于非線性系統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī) 而言，當(dāng)它偏離系統(tǒng)工作點(diǎn)或系統(tǒng)發(fā)生較技術(shù)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，就 會(huì)出現(xiàn)誤大擾動(dòng)時(shí)，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(shù)的勵(lì)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(duì)電壓控制能力較弱的缺點(diǎn)，所以用一種技術(shù)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定 器有機(jī)結(jié)合的PID能夠?qū)⒎蔷€性最優(yōu)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和

7、 新型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器 的設(shè)計(jì)原理。、自適應(yīng)最優(yōu)勵(lì)磁控制器2將自適應(yīng)控制理論與最優(yōu) 控制理論相結(jié)合，通過(guò)多變量參數(shù)辨識(shí)、最優(yōu)55反饋系數(shù)計(jì)算和控制算法運(yùn)算三個(gè)環(huán)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的 自適應(yīng)最優(yōu)控制。3、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)方法的非線性勵(lì)磁控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)方法將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)非線性函數(shù)逼近學(xué)習(xí)能力和逆系 統(tǒng)方法的線性化能力相結(jié)合，構(gòu)造出物理可實(shí)現(xiàn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)， 從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)被控系統(tǒng)的大范圍線性化，能夠在無(wú)需系統(tǒng)參數(shù)的情況 下構(gòu)造出偽線性復(fù)合系統(tǒng)，從而將非線性系統(tǒng)的控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化為線性 系的控制問(wèn)題。、基于灰色預(yù)測(cè)控制算法的最優(yōu)勵(lì)磁控制4預(yù)測(cè)控 制是一種計(jì)算機(jī)算法，它米用多步預(yù)測(cè)的方式增加了反映

8、過(guò)程未來(lái)變 化趨勢(shì)的信息量，因而能克服不確定性因素和復(fù)雜變化的影響?；疑?預(yù)測(cè)控制是預(yù)測(cè)控制的一個(gè)分支，它需建立灰微分方程，能較好地對(duì) 對(duì)發(fā)電機(jī)的功率偏差、轉(zhuǎn)速偏差、電，N）系統(tǒng)作全面的分析。應(yīng)用 GM（1壓偏差序列值進(jìn)行建模，經(jīng)全面分析后求出各狀態(tài)量的預(yù)測(cè)值， 同時(shí)根據(jù)最優(yōu)控制理論求出以預(yù)測(cè)值為狀態(tài)變量的被控勵(lì)磁控制系 統(tǒng)的最優(yōu)反饋增益，從而得出具有預(yù)測(cè)信息的最優(yōu)勵(lì)磁控制量。三、 運(yùn)載火箭的制導(dǎo)和控制把航天器送入預(yù)定的軌道需要用多級(jí)火箭運(yùn)載，其制導(dǎo)和控制系 統(tǒng)必須根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的發(fā)射彈道來(lái)控制火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的多次啟動(dòng)和關(guān) 機(jī)，并相應(yīng)地穩(wěn)定和調(diào)整火箭的姿態(tài)，還需要控制級(jí)間分離。現(xiàn)代火 箭制導(dǎo)采用最優(yōu)化理論和小型數(shù)字計(jì)算機(jī)的迭代制導(dǎo)方法，根據(jù)火箭