模糊控制讲义第一章.pptx

模糊逻辑系统与控制;第一章 绪论;第一章 绪论;1.1.2 现代控制理论与先进控制策略 始于20世纪60年代末。 主要研究：多输入-多输出受控对象。系统可以是线性的或非线性的，定常的或时变的，可以是集中参数或分布参数的，也可以是连续的或离散的。 依赖系统精确数学模型，但将原来直接根据受控系统的机理特性的建模方法，向基于参数估计和系统辨识理论的建模方向拓展。 优势：用一组状态方程代替经典控制理论中的高阶微分方程式来描述系统，系统中各个变量均取为时间t的函数，属于时域分析方法，更有利于用计算机进行运算；状态变量的选取可以不一定是系统中可观测的物理量，具有很大的自由度。 系统结构：由单闭环系统扩展到双闭环、多环以及含有适应环、学习环等多种结构的系统。 综合和分析系统，从受控系统的外部特征描述，深入到揭示系统内部的规律性；从局部控制进入到一定意义上的全局优化。 ;现代控制理论范畴包括： 系统运动状态的描述和能控性、能观性。状态空间描述法为系统性能设计与分析提供了强有力的工具。1960年。由卡尔曼（R.E.Kalman）首先提出能控性和能观性这两个重要概念，也是最优控制与最优估计的理论基础。 系统极大值原理。由贝尔曼（R.E.Kalman）根据哈密尔顿-雅克比（Hamilton-Jacobi）方程提出的动态规划最佳原理，和由前苏联学者庞特里亚金（Pontryagin）提出的极大值原理，是以性能指标泛函最小（或最大）为目标，对系统进行“最佳控制”的重要理论基础。 系统识别与滤波理论。建立在统计函数理论上，应用相关函数的系统动态特性测量方法（系统辨识）和卡尔曼滤波理论。卡尔曼滤波是利用系统在时间上的转移关系所获得的一套适合于计算机运算的递推公式，属于时域方法。 ;现代控制理论范畴包括： 稳定性理论。包括李亚普诺夫(Lyapunov)稳定性理论和李亚普诺夫函数。李亚普诺夫稳定性理论（直接法）是根据系统微分方程组解的性质来判定系统的稳定性；李亚普诺夫函数（亦称V函数）的特点是可以不求出状态方程的解，直接利用李亚普诺夫函数来确定任意阶非线性系统和时变系统的稳定性，此外还可以对系统瞬态响应的品质进行评价，对系统参数优化问题进行求解。 自适应原理。20世纪70年代初，随着对自动控制系统性能要求的不断提高，人们希望在环境条件有大范围变化时，在环境条件的改变并不确知情况下，仍能保证系统最佳运行状态（即确定性自适应问题），能实现系统最佳控制（不确定性自适应问题）。因而产生了自适应控制概念。 ;常见先进控制策略包括： 1.最优控制(optimal control, optimum control) 最优控制是由庞特里亚金和贝尔曼在20世纪50年代末做了奠基性研究工作后发展起来的。自动控制理论从经典到现代、从大系统到智能控制的半个多世纪发展以来，最优控制始终是一种有效的控制手段，并起着重要的作用。 使评价控制系统的某一目标函数最小（或最大）来确定控制量的控制问题，都被称为最优控制问题。这类问题的解是以状态变量为函数的控制量。在考虑时间域为无限大时，可由Riccati代数方程式来求得最优解，最优控制量则由时不变状态反馈增益来实现。 2.自适应控制(Adaptive Control) 自适应控制把控制对象特性的模型辨识和根据已知特性决定控制量的控制规律设计结合起来，探索容易辨识的控制和容易控制的辨识。自适应控制虽然以在线辨识为核心，但其所提供的原理框架在离线辨识中也同样有效。;常见先进控制策略包括： 2.自适应控制 目前自适应控制理论的主要研究方向有： 自适应控制的收敛性。指在给定条件下，一个自适应控制算法能够收敛达到期望目标，并在这一过程中保持系统的所有变量有界。自适应控制收敛性是区别各种自适应控制算法的优劣和在实际应用中可信度的重要标志。 自适应控制的稳定性。指自适应控制系统在外界干扰的影响下，系统的状态、输入、输出和参数等的界限问题。 自适应控制的鲁棒性。指当系统存在未建模动态特性和随机扰动时，仍能保持系统的稳定性和必要的动态性能的能力。随机扰动能使系统参数产生时变和漂移，从而导致自适应控制系统的不稳定，特别当系统存在未建模动态特性时，有可能使自适应控制系统丧失稳定性。 ;常见先进控制策略包括： 3.变结构控制(VSC-Variable Structure Control) 变结构控制是由前苏联学者欧曼尔扬诺夫（S.V.Emelyanov）、犹特金（V.I.Utkin）和依特克斯（Uitkis）等人于20世纪60年代初首先进行的研究，40多年来变结构控制已经成为新型控制技术的一个重要分支。变结构控制是在状态空间设定的切换面上，约束控制系统的动态，频繁地切换两个控制规则，使受控状态有哪些信誉好的足球投注网站至原点。变结构控制在多数情况下是指滑模控制，但从广义上讲，如开关控制，