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自动化设备自适应控制系统应用

发布时间:2021-08-24 17:22:15      点击次数:311

 自动化设备自适应控制系统的类型:


    自从上世纪60年代末期由麻省理工学院提出第一个自适应控制系统以来,先后出现过许多不同形式的自适应控制系统,发展到现阶段,无论从理论研究还是从实际应用的角度来看,比较成熟的自动化设备自适应控制系统有下述两类。

 

    自动化设备模型参考自适应控制系统(ModelReference AdaptZve Sy6tem,简称MRAS):

    自动化设备模型参考自适应控制系统由以下几部分组成,即参考模型、被控对象、反馈控制器和调整控制器参数的自适应机构等部分。

    这类控制系统包含两个环路内环和外环。内环是由被控对象和控制器组成的普通反馈回路,而控制器的参数则由外环调整。

    参考模型的输出ym,直接表示了对象输出应当怎样理想地响应参考输入信号。这种用模型输出来直接表达对系统动态性能的要求助作法,对于一些运动控制系统往往是直观和方便的。

    控制器参数的自适应调整过程是这样的:当参考输入同时加到系统和参考模型的入口时,由于对象的参数未知,控制器的初始参数不可能调整得很好。因此,一开始运行系统的输出响应y与模型的输出响应ym是不可能完全一致的,结果产生偏差信号(f),由f驱动自适应机构,产生适当的调节作用,直接改变控制器的参数,从而使系统的输出y(‘)逐步地与模型输出ym(f)接近,直到y;ym(路,(2)=o后,自适应参数调整过程也就自动中止。特性在运行中发生了变化时,控制器参数的自适应调整过程与上述过程完全一样。设计这类自适应控制系统的核心问题是如何综合自适应调整律(以下简称自适应律),即自适应机构所应遵循的算法。

   自动化设备自校正调节器(SelFtuning Regulato卜简称STR)

    这类自适应控制系统的一个主要特点是具有一个被控对象数学模型的在线辨识环节体地说是加入了一个对象参数的递推估计器。

    由于估计的是对象参数,而调节器参数还要求解一个设计问题方能得出,所以这种自适应控制系统。这种自适应调节器也可设想成由内环和外环两个环路组成,内环包括被控对象和一个普通的线性反馈调节器,这个调节器的参数由外环调节,外环则由一个递推参数估计器和一个设计机构所组成。这种系统的过程建模和控制的设计都是自动进行,每个采样周期都要更新一次。这种结构的自适应控制器称为自校正调节器,采用这个名称为的是强调控制器能自动校正自己的参数,以得到希望的闭环性能。

    设计机构表示当对象参数已知时,对调节器的参数进行在线求解。由于调节器的控制律是多样的,如PID调节t最小方差调节等等,而且参数估计的方法也是多样的,如最小二乘法、极大似然法等等,因此自校正调节器sTR方案也非常灵活,可以来用各种不同控制方法和估计方法来搭配,以满足不同的性能要求。

 

自动化设备自校正调节器中,调节器的参数是通过设计计算机构间接更新的。我们也可以将对象重新参数化,即用调节器的参数来表示模型。这时,就不需要进行设计计算这个环节。As盯om和W比ermark最早发表的自校正调节器(1973年)就是以这种形式出现的。

    比较以上两种自动化设备自适应控制系统,显然模型参考自适应控制系统源于确定性的伺服问题,而自校正调节器则源于随机调节问题。尽管它们的来源不同,但可以清楚地看出,它们是密切相关的。两个系统都有两个反馈回路,内环都是bXt象和调节器组成的普通反馈回路,内环调节器具有由外环调整的可调参数,而外环的调整是以对象输入和输出的反馈为基础。不过在模型参考自适应控制系统中,调节器的参数是直接更新的,而在校正调节器中,调节器的参数经由参数估计和控制的设计计算而间接进行更新的。

    自动化设备自适应控制系统的应用

    自适应控制问世以来至今,在工程应用方面取得了厂—泛的应用,出现了一批成功应用的实例。在非工程领域,如社会、经济、管理、生物、医学等方面也进行了许多新的探索。

    飞行器的控制是需要采用自适应控制技术的重要领域,这是由于飞机的动态特性取决于许多环境参数和结构参数,如动态气压、高度、质量、机翼角、阻尼板位置等。在不同的环境条件下,这些参数可能在相当大的范围内变化,因此要想在不同的飞行条件下都能获得高的性能指标往往是根困难的。采用自适应控制之后,不仅常规控制系统中使用的复杂传感器可以大大节省,而且在不同飞行条件下的控制件能也可得到改善。

    大型海洋考察船和油轮的自动驾驶是成功应用自适应控制的另一例子。实践证明采用自适应驾驶仪后,在变化的复杂的随机环境下,例如在海浪、阵风、潮流等的扰动下,在不同的气候、不同的负荷、不同的航速下,船舶都能适应,并且能够经济地、准确地和稳定可靠地工作。

    在工业过程控制方面,由于原材料成分的不稳定(其成分随机波动),或者由于改换产品品种,或者由于自动化设备磨损等等,这些因素都要使工艺参数发生变化,从而使产品质量不稳定。常规门调节器不


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