CQU《先進(jìn)控制》復(fù)習(xí)總結(jié)

復(fù)習(xí)什么是先進(jìn)控制？（P4）答：先進(jìn)控制是對哪些不同于常規(guī)單回路PID控制，并且有比常規(guī)PID控制更好的控制效果的控制策略的統(tǒng)稱。先進(jìn)控制的主要特點：①與傳統(tǒng)的PID控制不同，先進(jìn)控制是一種基于模型的控制策略；②先進(jìn)控制通常用于處理復(fù)雜的多變量過程控制問題；③先進(jìn)控制的實現(xiàn)需要足夠的計算能力作為支持平臺?；？刂苹究刂扑枷?？（P9）答：滑模控制的基本思想是首先將從任意一點出發(fā)的狀態(tài)軌線通過控制作用拉到某一制定的直線，然后沿著此直線滑動到原點。滑?？刂迫值竭_(dá)條件，李雅普諾夫函數(shù)的形式？（P20）答：全局到達(dá)條件：；Lyapunov函數(shù)形式:.局部到達(dá)條件：滑模的控制品質(zhì)？（P23）答：滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的過程由兩部分組成：正常運動和滑動模態(tài)運動。①選擇控制率u(x)使正常運動段的品質(zhì)得到提高，可通過設(shè)計趨近階段的切換函數(shù)s的變化率，是運動點快速趨向切換面，減少正常運動段時間；②選擇切換函數(shù)s(x)是的滑動模態(tài)運動的品質(zhì)得到保證和改善，通過建立起滑動模態(tài)運動的微分方程進(jìn)行研究?；瑒幽B(tài)具有完全適應(yīng)性的原因？（P24）答：采用滑模變結(jié)構(gòu)控制設(shè)計控制系統(tǒng)時，系統(tǒng)中某些特別復(fù)雜的部分，完全可以把他們視為對系統(tǒng)的攝動，從而建立起一個簡單的一般的線性模型。由于滑模變結(jié)構(gòu)控制是的這樣的攝動對滑動模態(tài)運動完全不產(chǎn)生影響，即滑動模態(tài)運動對攝動具有“完全自適應(yīng)性”，所以滑模變結(jié)構(gòu)控制可以用來解決一個十分復(fù)雜的被控對像的控制系統(tǒng)設(shè)計問題。抖振的原因？（P25）答：①時間滯后開關(guān)，表現(xiàn)為在光滑的切換面上疊加一個衰減的三角波；②空間滯后開關(guān)，結(jié)果是在光滑的切換面上疊加了一個等幅波形；③系統(tǒng)慣性的影響，表現(xiàn)為在光滑的切換面上疊加一個衰減的三角波；④離散時間系統(tǒng)本身造成的抖振，發(fā)生在以平衡點為頂點的一個錐形體的表面上。①時間滯后開關(guān)：在切換面附近，由于開關(guān)的時間滯后，控制作用對狀態(tài)的準(zhǔn)確變化被延遲了一定的時間。如果控制量的幅度是隨著狀態(tài)量的幅度逐漸減少的，則表現(xiàn)為在光滑的切換面上疊加一個衰減的三角波；②空間滯后開關(guān)：開關(guān)的空間滯后相當(dāng)于在狀態(tài)空間中存在一個狀態(tài)量變化的“死區(qū)”。因此，其結(jié)果是在光滑的切換面上疊加了一個等幅波形；③系統(tǒng)慣性的影響：任何物理系統(tǒng)的能量不可能無限大。這就使系統(tǒng)的加速度有限，從而控制切換伴有滯后。這種滯后與時間滯后效果相同；④離散時間系統(tǒng)本身造成的抖振：離散時間系統(tǒng)的滑動模態(tài)運動是一種“準(zhǔn)滑動模態(tài)運動”，它的切換動作不是正好發(fā)生在切換面上的。比如可能發(fā)生在以平衡點為頂點的一個錐形體的表面上，這時離散時間系統(tǒng)有衰減的抖振，而且錐形體越大，抖振幅度越大；該錐形體的大小與采樣周期有關(guān)。連續(xù)時間系統(tǒng)滑模到達(dá)條件？（P30）答：一般滑動模態(tài)的到達(dá)條件的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：，即：；為避免漸進(jìn)趨近的情況出現(xiàn)，可修正為：，可取任意?。籐yapunov函數(shù)形式:。連續(xù)時間系統(tǒng)滑模等效控制表達(dá)方式及運動方程？（P31-32）答：等效控制：運動方程：連續(xù)時間系統(tǒng)滑模匹配條件及不變性？（P32）答：略。為什么離散系統(tǒng)只能產(chǎn)生準(zhǔn)滑動模態(tài)？（P49）答：對于離散系統(tǒng)，由于采樣過程的限制，立項的滑動模態(tài)是不存在的，狀態(tài)運動軌跡只能以抖振形式在切換面的某一鄰域內(nèi)運動并漸進(jìn)趨向原點或原點的一個鄰域。所以對于離散時間系統(tǒng)，滑模變結(jié)構(gòu)控制只能產(chǎn)生準(zhǔn)滑?？刂啤ｋx散系統(tǒng)到達(dá)條件？（P50）答：離散系統(tǒng)到達(dá)條件：；或者：其中，(1)保證系統(tǒng)狀態(tài)點在有限時間到達(dá)或者穿越切換面；(2)保證系統(tǒng)狀態(tài)運動軌跡在第一次穿越切換面之后圍繞切換面做幅值逐漸減小的穿越運動。指數(shù)趨近律及邊界層厚度？（P57）答：指數(shù)趨近率：；邊界層厚度=滑膜控制優(yōu)點？（P17）答：由于滑動模態(tài)可以進(jìn)行設(shè)計且與對象參數(shù)及擾動無關(guān)，這就使得滑模變結(jié)構(gòu)控制具有快速響應(yīng)、對參數(shù)變化及擾動不靈敏、無須系統(tǒng)在線辨識、物理實現(xiàn)簡單等特點。（不確定?。┕烙媶栴}分為哪幾類？（P77）答：估計問題分為五類：①模型參數(shù)估計；②時間序列、信號或狀態(tài)估計；③多傳感器信息融合估計；④自校正信號或狀態(tài)估計；⑤自校正信息融合信號或狀態(tài)估計。卡爾曼濾波比維納濾波的優(yōu)點？（P85）答：經(jīng)典Wiener濾波方法是一種頻域方法，在處理多變量、時變、非平穩(wěn)時間序列時往往不能達(dá)到要求，且算法是非遞推的，要求存儲全部歷史數(shù)據(jù)，不便于工程應(yīng)用。Kalman濾波方法是一種時域方法，他是基于狀態(tài)空間模型和射影理論解決狀態(tài)估計問題，Kalman濾波算法是遞推算法，便于在計算機(jī)上實現(xiàn)，且可以處理多變量、時變、非平穩(wěn)時間序列濾波問題。分布式狀態(tài)融合和分布式觀測融合的不同點？（P88）答：分布式狀態(tài)融合：是對由各傳感器得到的局部濾波器加權(quán)所得的融合濾波器，分布式狀態(tài)融合原理圖見圖5.4.1；分布式觀測融合：將各局部傳感器的觀測進(jìn)行最優(yōu)加權(quán)，得到一個融合的觀測方程，然后與狀態(tài)方程聯(lián)立，可得分布式觀測融合濾波器，分布式觀測融合估計原理圖5.4.2。多傳感器信息融合有兩種方法：集中式融合和分布式融合的優(yōu)缺點？（P132-133）答：集中式狀態(tài)融合優(yōu)點：在理論上可以獲得全局最優(yōu)融合狀態(tài)估計；缺點：計算負(fù)擔(dān)重，容錯性差。分布式狀態(tài)融合優(yōu)點：計算負(fù)擔(dān)輕、容易進(jìn)行故障診斷和分離的優(yōu)點；缺點：融合估計是局部最優(yōu)，全局次優(yōu)的。集中式觀測融合優(yōu)點：可以獲得全局最優(yōu)融合估計；缺點：計算負(fù)擔(dān)重。加權(quán)觀測融合優(yōu)點：不改變觀測方程的維數(shù)，可明顯減輕計算負(fù)擔(dān)，且可獲得全局最優(yōu)狀態(tài)估計；缺點：要求每個傳感器具有相同的觀測矩陣。最小二乘法的遞推公式，并說明遞推算法比基本算法有什么優(yōu)點？（P81-84）答：最小二乘法的遞推公式優(yōu)點：使用基本算法時，需要計算機(jī)存儲全部測量數(shù)據(jù)，占用了較多的存儲單元，同時，沒采樣一次，就需要添加一組新的觀測數(shù)據(jù)，也就逐步增加了矩陣的行數(shù)，需要對的求逆運算，很費時。而采用了遞推公式在原來估計結(jié)果的基礎(chǔ)上，用新引入的觀測數(shù)據(jù)對上一次估計結(jié)果進(jìn)行修正，如此逐步進(jìn)行參數(shù)估計，直到估計值達(dá)到滿意的精確程度為止。推理算法可以減小計算量和存儲量，而且能實現(xiàn)在線實時辨識。比較狀態(tài)融合中按矩陣、對角陣、標(biāo)量加權(quán)的精度關(guān)系？融合估計的表達(dá)式？（P139）答：精度關(guān)系：（按標(biāo)量加權(quán)）<（按對角陣加權(quán)）<（按矩陣加權(quán)）。按矩陣：，其中；按對角陣：，其中；按標(biāo)量：，其中。DMC的性能指標(biāo)即權(quán)系數(shù)的調(diào)節(jié)？（P175）答：性能指標(biāo)：其中：其中表示對跟蹤誤差的抑制；其中第二項主要用于抑制過于激烈的控制增量，以防止系統(tǒng)超出限制范圍或發(fā)生劇烈振蕩。為什么DMC能夠?qū)崿F(xiàn)無差控制？（P176）答：DMC算法以直接作為控制量，在控制中包含了數(shù)字積分環(huán)節(jié)，嬰兒即使在模型失配的情況下也能導(dǎo)致無靜差的控制。為什么MAC抗干擾能力更強(qiáng)？（P）答：沒有找打答案。比較DMC和MAC異同點，并給出控制作用輸出表達(dá)式？（P175-176）答：（1）不同點：①DMC以控制作用增量作為決策變量，在控制時域后控制作用不變，不再考慮其階躍響應(yīng)的影響；而在MAC中，則以控制作用直接作為決策變量，在控制時域后控制作用不變但未必是0，仍需要考慮其脈沖響應(yīng)的疊加。②：即使在沒有模型誤差的時候，多不MAC算法一般也存在靜差，這是由于他采用u作為控制量，本質(zhì)上導(dǎo)致了比例性質(zhì)的控制；而DMC算法不同，他以直接作為控制量，在控制中包含了數(shù)字積分環(huán)節(jié)，因而及時在模型失配的情況下也能導(dǎo)致無靜差的控制。相同點：動態(tài)矩陣控制和模型算法控制有很多共同之處。因為它是基于系統(tǒng)階躍響應(yīng)的算法，模型算法控制基于脈沖響應(yīng)模型，而得到了脈沖響應(yīng)模型等價于得到了階躍響應(yīng)模型。（2）MAC：，其中：DMC：其中：MAC計算步驟？（P161）答：P161算法8.1.1。穩(wěn)定卡爾曼濾波器及預(yù)報器，考一階？（P118-119）答：式6.7.36。濾波器：式6.7.38-6.7.42；預(yù)報器：式6.7.43-6.7.45；例題6.7.2(P120)DMC中A矩陣的求法