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自适应控制 Adaptive Control ★《Cybernetics： or the Control and Communication in the Animal and the Machine》 ★《Engineering Cybernetics》 控制论是关于工程技术领域各个系统自动控 制和自动调节的理论。维纳博士四十年代提 出了控制论的基本思想后，不少工程师和数 学博士曾寻找通往这座理论顶峰的道路，但 均半途而废。工程师偏重于实践，解决具体 问题，不善于上升到理论高度，数学家则擅 长理论分析，却不善于从一般到个别去解决 实际问题。钱学森则集中两个优势于一身， 高超地将两只轮子装到一辆战车上，碾出了 工程控制论研究的一条新途径。…… 我们可以毫不含糊地说，从科学理论的角 度来看，20世纪上半叶的三大伟绩是相对相对 论论、量子论量子论和控制论控制论，也许可以称它们为 三项科学革命，是人类认识客观世界的三 大飞越。 自动控制理论的研究内容 ◇ 经典控制理论 （传递函数，SISO，LTI） ◇ 现代控制理论 （状态空间，MIMO，时变） H∞控制、最优控制、非线性系统控制、 自适应控制、分布参数控制、离散事件动 态系统等等 ASME 1985 Rufus Oldenburger (鲁弗斯奥尔登堡奖章) IFAC 1987 Giorgio Quazza (American Society of Mechanical Engineers) (International Federation of Automatic Control) 主要内容 第一章 自适应控制及其应用背景概述 第二章 实时估计（real-time estimation） 第三章 自校正调节器 （self-tuning regulators， STR） 第四章 模型参考自适应系统 （model-reference adaptive systems, MRAS） 第五章 自适应系统的特性 ☆稳定性stability ☆收敛性convergence ☆鲁棒性robustness 第六章 自动整定（auto-tuning） 第七章 增益调度（gain-scheduling） 第八章 鲁棒高增益（robust high-gain）控制 自振荡（self-oscillating）控制器 第九章 实现问题（implementation） 第十章 应用概况及展望 第一章 自适应控制概述 （Introduction of Adaptive Control） 1.1 引言 自适应：改变行为或习性以适应新的环境。 自适应控制器：能修正自己的特性以响应 过程和扰动的动力学特性的变化。 自适应控制与常规反馈控制的区别？ 1961 自适应系统是按照某种自适应观点 设计的任何一种物理系统。 1973 基于自组织控制（self-organizing control, SOC）系统，参数自适应SOC ，性能 自适应SOC以及学习控制（learning control） 系统 一个有意义的自适应控制的定义应能着眼 于控制器的硬件和软件，并且能判断它是 否是自适应的。 自适应控制器是具有可调参数以及调整参 数机理的控制器。 两个回路（常规反馈、参数调整） 两种时间尺度（状态快、参数调整慢） 自适应控制发展简史 50年代 高性能飞机的自动驾驶仪 60年代 状态空间理论、稳定性理论 随机控制理论（stochastic control theory ） 动态规划（dynamic programming） 系统辨识（system identification） Tsypkin 70年代末－80年代初 稳定性证明 80年代 商业用途的自适应控制器 自适应控制的研究对象：具有某种不确定性 系统内部：模型的结构和参数 系统外部：扰动、测量噪声 自适应控制所要解决的问题： 面对客观存在的各式各样的不确定性，如何设 计适当的控制器，使得某一指定的性能指标达 到并且保持或接近最优。 x(t) = f [x(t),u(t),θ,t] y(t) = h[x(t),u(t),θ,t] x(k +1) = Φ(θ,k)x(k