中国矿业大学2015 级硕士研究生课程考试
题目自适应控制原理及应用
学生姓名陈明
学号TS15060128A3
所在院系信息与电气工程学院
任课教师郭西进
中国矿业大学研究生院培养管理处印制
目录
1 自适应控制概述 (1)
1.1 自适应控制系统的功能及特点 (1)
1.2自适应控制系统的分类 (1)
1.2.1前馈自适应控制 (1)
1.2.2反馈自适应控制 (1)
1.2.3 模型参考自适应控制（MRAC） (2)
1.2.4自校正控制 (2)
1.3 自适应控制系统的原理 (3)
1.4 自适应控制系统的主要理论问题 (3)
2 模型参考自适应控制 (4)
2.1 模型参考自适应控制的数学描述 (4)
2.2 采用Lyapunov稳定性理论的设计方法 (4)
3 自校正控制 (7)
4 自适应控制在电梯门机系统中的应用 (7)
4.1电梯门机控制系统的关键技术 (7)
4.1.1 加减速过程的S曲线 (8)
4.1.2 系统的自适应控制 (8)
4.3 系统的控制策略 (8)
4.3.1 加减速过程的S曲线 (8)
4.3.2 控制系统模型 (9)
4.4 门机开关的运行曲线 (10)
4.5 系统的实现 (11)
5 结论与展望 (12)
1 自适应控制概述
1.1 自适应控制系统的功能及特点
在日常生活中，所谓自适应是指生物能改变自己的习性以适应新的环境的一种特征。因此，直观地说，自适应控制器应当是这样一种控制器，它能修正自己的特性以适应对象和扰动的动态特性的变化。
自适应控制的特点：研究具有不确定性的对象或难以确知的对象；能消除系统结构扰动引起的系统误差；对数学模型的依赖很小，仅需要较少的验前知识；自适应控制是较为复杂的反馈控制。
1.2自适应控制系统的分类
1.2.1前馈自适应控制
借助于过程扰动信号的测量，通过自适应机构来改变控制器的状态，从而达到改变系统特性的目的。前馈自适应结构图如图1.1所示。
图1.1前馈自适应结构图
由图1.1可知，当扰动不可测时，前馈自适应控制系统的应用就会受到严重的限制。
1.2.2反馈自适应控制
除原有的反馈回路之外，反馈自适应控制系统中新增加的自适应机构形成了另一个
反馈回路。反馈自适应结构图如图1.2所示。
图1.2 反馈自适应结构图
1.2.3 模型参考自适应控制（MRAC）
在这种系统中主要采用一个模型参考的辅助系统，它是一个可调系统。参考模型的输出或状态用期望的性能指标设计。主要用来对比系统实际输出和期望输出的误差，从而对系统进行调整，直到误差趋近于零，本文以探讨模型参考自适应系统为主。其系统示意图如图1.3所示：
图1.3 模型参考自适应控制系统结构图
1.2.4自校正控制
通过采集的过程输入、输出信息，实现过程模型的在线辨识和参数估计。在获得的过程模型或估计参数的基础上，按照一定的性能优化准则，计算控制参数，使得闭环系统能够达到最优的控制品质。自校正控制系统结构图如图1.4所示。
1.3 自适应控制系统的原理 自适应控制系统需要不断的测量本身的状态、性能、参数，对系统当前数据和期望数据进行比较，再做出最优的改变控制器结构、参数或控制方法等决策。系统不断地测量输入和扰动对比IP 的参考输入，根据需要不断的调节自适应机构，保证系统输出满足要求，还要保证系统的稳定。自适应控制基本原理图如图1.5所示。
图1.5 自适应控制的基本原理
1.4 自适应控制系统的主要理论问题
目前，自适应控制理论研究还存在如下问题：
(1)稳定性
稳定性是一个控制系统最核心的要求，也是设计控制系统的核心问题。任何设计的
图1.4 自校正控制结构图
自适应控制系统都应该保证全局稳定，目前常常借助于Liapunov 稳定性理论和波波夫超稳定理论设计自适应系统。这种方法对于时不变线性系统的设计是比较成熟的，但对于非线性或随机系统的研究正在缓慢进行。随着MRAC 的发展，各种各样的自适应系统将诞生，全局稳定将更难保证。
(2)收敛性
由于自适应算法的非线性特性给建立收敛理论带来困难，目前只有有限的几类自适应算法，在稳定性的证明上比较成熟。一些简单的自适应系统可以应用Liapunov稳定性理论来判断。现有的收敛性结果的局限性太大，假定条件过于苛刻，不便于实际应用。收敛性理论问题还有待进一步深入。
(3)性能指标
由于系统的非线性，时变及初始条件的不确定等原因，分析自适应系统的动态品质是很困难的，目前这方面的成果有限。
2模型参考自适应控制
2.1 模型参考自适应控制的数学描述
模型参考自适应控制系统由参考模型、可调系统和自适应机构三部分组成。保证参考模型和可调系统间的性能一致性。模糊参考自适应控制结构图如图2.1所示。
图2.1 模型参考自适应控制结构图
2.2 采用Lyapunov稳定性理论的设计方法
由于基于敏感模型在设计中的稳定性问题，设计自适应系统式基于稳定性理论被引
出。第二种 Liapunov 原理是一种非常通用的方法。相关的方法是基于“超稳定性理论”。 两种方法会产生相同的结果，因此在二者之一中的算法结果予以重视的程度没有直接的 优先权。Liapunov 稳定性原理在设计自适应系统中的应用在 1966 年由 Parks 所介绍。当过程和参考模型在空间中被描述出来时，自适应规则中的微分环节容易做到。早在 1944年就有人将 Liapunov 应用于控制系统。自适应控制过程如下：
参考模型的状态方程为
.m m x Ax Bu =+ (2.1)
可调系统的状态方程为
'.
)()(u t B x t A x s s s s += (2.2) s x t e F u t e G u ),(),('-= (2.3)
[]u t G t B x t F t B t A x s s s s s ),()(),()()(.
e e +-= (2.4) 设系统广义误差为
s m x x e -= (2.5) 得广义误差状态方程为
[][]u t e G t B B x t e F t B t A A t e A t e s m s s s m m ),()(),()()()()(.-++-+= (2.6)
控制系统设计的任务就是采用Lyapunov 稳定性理论求出调整G 、F 的自应律，以达
到状态的收敛性
0)(lim =∞→t t e (2.7)
和（或）参数收敛性
[][]?????==-∞→∞→m s
t m s s
t B t e G t B A t F t B t A ),()(lim ),e ()()(lim (2.8) 假设*),(F t e F =，*),(G t e G =时，参考模型和可调系统达到完全匹配，即
?????==-m
s m s s B G t B A F t B t A **)()()( (2.9) 代入到式(2.6)所示的广义误差状态方程中，并消去时变系数矩阵有
u t e G G B x t e F G B t e A t e m s m m ),(~),(~)()(1*1*.
--+-= （2.10a ）
?????-=-=)
,(),(~),(),(~**t e G G t e G t e F F t e F (2.10b) [][]u t e B t B B x t e F t B t A A t e A t e s m s s s m m ),()(),()()()()(.-++-+= (2.11)
构造二次型正定函数作为Lyapunov 函数 [])~~~~(2
11211G G F F tr Pe e V T T T --Γ+Γ+= 其中P ，11-Γ，12-Γ都是正定矩阵，上式两边对时间求导，得
[][])~~()~~(~~)(21)~~~~~~~~(21)~~~~(2
112.11.1*1*.1212..1111...1211.G G tr F F tr u G G PB e x F G PB e e PA P A e G G G G F F F F tr e P e Pe e G G F F tr Pe e V T T
m T s m T m T m T T T T T T T T T T ----------Γ+Γ++-+=????????Γ+Γ+Γ+Γ++='Γ+Γ+=
因为
)~(~1*1*F G PB e x tr Fx G PB e m T s s m T --=
)~(~1*1
*G G PB ue tr u G G PB e m T m T --= 则
[])~~~()~~~()(211*12.1*11..G G PB ue G G tr F G PB e x F F tr e PA P A e V m T T
m T s T m T m T ----+Γ+-Γ++= 若选择
??
???Γ-=Γ=--)()(),(~)()(),(~*2.*1.t u t Pe B G t e G t x t Pe B G t e F T T m T T s T m T m A 为稳定矩阵，选择正定矩阵Q ，使得Q P A PA T m m -=+成立，因此.
V 为负定。 可得参数自适应的调节规律
???
????+Γ=+Γ-=??--)0()()(),()0()()(),(0*20*1G d u Pe B G t e G F d x Pe B G t e F t T T m T t T s T m T ττττττ (2.12) 由于.
V 为负定，因此按式（2.11）设计的自适应律，对于任意分段连续的输入向量u
能够使模型参考自适应系统是渐近稳定的。
3 自校正控制
模型参考自适应控制和自校正控制系统结构的区别：
模型参考自适应控制系统：常规控制系统自适应机构参考模型。自校正控制系统：常规控制系统自适应机构。分为最小方差及广义最小方差自校正控制，其控制系统结构图如图3.1所示。
图3.1 自校正控制系统结构图
4 自适应控制在电梯门机系统中的应用
随着国民经济的飞速发展，现代化大厦日益增多，电梯成为人们日常生活工作中不可或缺的工具。电梯门机系统，是典型的电机伺服系统，是电梯门开关的执行机构。目前，电梯门机控制系统主要由交流电机及调速系统构成，也有少数由直流电机及调速系统构成。前者虽然体积小，寿命长，但控制较复杂；而后者尽管控制简单，但电机体积大，电刷寿命短。电梯的正常运行关系着人身安全，因此，电梯门机对电机本身及其控制系统均提出了较高的要求。据统计，电梯门开关不正常是电梯运行过程中比较容易出现的故障。
4.1电梯门机控制系统的关键技术
在工业应用中，无刷直流电动机在快速性、可控性、可靠性、体积重量、经济性等
方面具有明显优势。近几年，随着稀土永磁材料和电力电子器件性能价格比的不断提高，无刷直流电动机作为高性能调速电机和伺服电机在工业中的应用越来越广泛。
4.1.1 加减速过程的S曲线
很好地实现电机加减速过程的S曲线，可使门机系统具有良好的运行特性，使电梯门开关平稳，减小电机所受的负载冲击，提高系统的可靠性，延长系统的使用寿命。
4.1.2 系统的自适应控制
电梯门机控制系统应能满足不同规格(宽度)、不同机械特性和不同工作状态的电梯门。而且随着使用时间的增加，同一台电梯门由于磨损、老化等原因，其机械特性也会发生变化。这种复杂多变的特性，很难用数学模型加以描述，只有借助于自适应控制策略，使控制系统满足长期稳定可靠运行的要求。
4.3 系统的控制策略
4.3.1 加减速过程的S曲线
为了获得平稳的加减速特性，最大限度地减小电机加减速时对整个电梯门机系统的机械冲击，需要在电机加减速时采用S曲线。本文将电机的加减速过程分为三段，以加速过程为例，第一段采用匀加加速方式，第二段采用匀加速方式，第三段采用匀减加速方式，其工作曲线如图4.1所示。同理，对于减速过程也可以分为三个阶段，其加速与减速曲线如图4.2所示。
图4.l 加速过程的S 曲线
0图4.2 加速曲线与减速曲线 4.3.2 控制系统模型
受控对象的数学模型为：
?????=+=p
p p P p p p Cx y u B x A x . (1) 式中p x 、p u 、p y 分别是受控对象的状态向量、控制向量和输出向量；p A 、p B 、C 分别是具有相应维数的矩阵。
在选定参考模型时，一般都令其与被控对象具有相同的结构形式，而它的参数则可以根据系统设计要求选定。因此参考模型可设为：
?????=+=m
m m m m m m Cx y r B x A x . (2) 式中:m x 、m y 、m r 分别是参考模型的状态向量、输出向量和输入向量；
m A 、m B 分别是具有相应维数的代表希望性能的矩阵。
系统广义输出误差方程：
m p y y ε=- (3)
式中：m y 为模型的输出，p y 为可调系统的输出。
系统的广义状态误差方程：
m p e x x =- (4)
式中：m x 为模型的状态矢量，p x 为可调系统状态矢量。
由上式可得广义误差运动方程为：
p p m p p m m u B r B x A A e A t e -+-+=)()(. (5) 按照系统的工作原理，可调系统和参考模型之间的广义误差完全代表了模型参考自适应控制系统运动状态。
自适应控制使等效误差的解ε、e 越小越好。
4.4 门机开关的运行曲线
在电梯门机正常运行过程中，电机加减速的S 曲线会因系统参数的不同而变化。本文将整个电梯门机的运行过程，分为7个S 曲线加减速过程，如图4.3所示。其速度特性各不相同，因此系统采用自适应控制原理，对每个过程根据电梯门机运行实际情况，产生一组辅助速度值参与计算，以校正实际S 曲线与理想S 曲线的差别。图4.3所示为电梯门机运行曲线，图中纵坐标表示运行速度，横坐标表示行程。横坐标上方为关门运行曲线，下方为开门运行曲线。
图4.2门机运行曲线
OE：开门宽度，因门机规格而异，在350 mm～2400mm之间。
EG：门刀开闭行程，一般为35mm。
O点：为开门的极限点。门扇运行至A点时。开门速度由n6再降至n7并一直保持，实际上O点并没有速度，只有一个维持开门的堵转力。
E点：为关门的极限点。门扇运行至D点时。电机断电，依系统惯性停于E点。
G点：为门刀打开极限点，门刀开至F点时电机断电，依系统惯性停于G点。
B点：开门运行时，高速转低速切换点。
C点：关门运行时，高速转低速切换点。
4.5 系统的实现
门机控制系统由计算控制电路、键盘输入及显示电路、驱动和保护电路以及门机开关执行机构组成，系统框图如图4.3所示。其中，键盘输入及显示电路完成人机交互功能，可对电梯门机的执行过程进行设定；计算控制电路根据设定参数和外部输入的信号，完成计算及逻辑控制；而驱动和保护电路完成系统中电机与门机的驱动，实现门机系统的实时故障检测与保护，确保门机系统的安全和可靠。
图4.3 门机控制系统框图
本文设计的电梯门机控制系统，具有很好的适应性。试验证明，该系统工作稳定、可靠，在关门堵转时也能迅速地做出反应，在各种故障发生时系统能按预先设计的程序运行，达到了系统设计要求。
5 结论与展望
自适应控制技术在20世纪80年代即开始向产品过渡，但至今推广应用还很有限，主要是由于其通用性和开放性严重不足。在今后一段时间内, 相对简单的反馈、前馈和其他成熟的控制技术仍将继续显示出其优点, 但是现在已能设计出安全、稳定、快速、有效、对现场操作人员无过高要求的自适应系统。自适应控制必须有新的突破性进展, 在工程应用中才有可能对PID 控制等传统方法取得压倒性优势，结合神经网络、模糊逻辑、知识库和专家系统等人工智能技术是最终实现这一远景的可能途径。自适应控制技术在我国也得到了较好的推广应用, 取得很大经济效益, 而且理论研究也取得了一些开创性的成果。
自适应控制文献综述 卢宏伟 （华中科技大学控制科学与工程系信息与技术研究所 M200971940） 摘要：文中对自适应控制系统的发展、系统类型、控制器类型以及国内外自适应控制在工业和非工业领域的应用研究现状进行了较系统的总结。自适应控制成为一个专门的研究课题已超过50年了，至今，自适应控制已在很多领域获得成功应用，证明了其有效性。但也有其局限性和缺点，导致其推广应用至今仍受到限制，结合神经网络、模糊控制是自适应控制今后发展的方向。 关键字：自适应控制鲁棒性自适应控制器 1.自适应控制的发展概况 自适应控制系统首先由Draper和Li 在1951年提出，他们介绍了一种能使性能特性不确定的内燃机达到最优性能的控制系统。而自适应这一专门名词是1954年由Tsien在《工程控制论》一书中提出的，其后，1955年Benner 和Drenick也提出一个控制系统具有“自适应”的概念。 自适应控制发展的重要标志是在1958午Whitaker“及共同事设计了一种自适应飞机飞行控制系统。该系统利用参考模型期望特性和实际飞行特性之间的偏差去修改控制器的参数，使飞行达到最理想的特性，这种系统称为模型参考自适应控制系统(MRAC系统)。此后，此类系统因英国皇家军事科学院的Parks利用李稚普诺夫(Lyapunov)稳定性理论和法国Landau利用Popov 的超稳定性理论等设计方法而得到很大的发展，使之成为—种最基本的自适应控制系统。1974年，为了避免出现输出量的微分信号，美国的Monopli 提出了一种增广误差信号法，因而使输入输出信号设汁的自适应控制系统更加可靠地应用与实际工程中。 1960年Li和Wan Der Velde提出的自适应控制系统，他的控制回路中用一个极限环使参数不确定性得到自动补偿，这样的系统成为自振荡的自适应控制系统。 Petrov等人在1963年介绍了一种自适应控制系统，它的控制数如有一个开关函数或继电器产生，并以与参数值有关的系统轨线不变性原理为基础来设计系统，这种系统称为变结构系统。 1960到1961年Bellman和Fel`dbaum分别在美国和苏联应用动态规划原理设计具有随机不确定性的控制系统时，发现作为辨识信号和实际信号的控制输入之间存在对偶特性，因而提出对偶控制。 Astrom和Wittenmark对发展另一类重要的自适应控制系统，即自校正调节器(STR)作出了重要的贡献。这种调节器用微处理机很容易实现。这一有创见的工作得到各国学者普遍的重视，并且把发展各种新型的STR和探索新的应用工作推向新的高潮，使得以STR方法设计的自适应控制系统在数量上迢迢领先。在这些发展中以英国的Clarker和Gawthrop在1976年提出的广义最小方差自校正控制器最受重视。它克服了自校正调节器不能用于非最小相位系统等缺点。为了既保持自校正调节器实现简单的优点，又有拜较好的
自动控制、现代控制与智能控制的关系 一、基本区别 控制理论发展至今已有100多年的历史，经历了“经典控制理论”和“现代控制理论”的发展阶段，已进入“大系统理论”和“智能控制理论”阶段。智能控制理论的研究和应用是现代控制理论在深度和广度上的拓展。20世纪80年代以来，信息技术、计算技术的快速发展及其他相关学科的发展和相互渗透，也推动了控制科学与工程研究的不断深入，控制系统向智能控制系统的发展已成为一种趋势。 自动控制理论中建立在频率响应法和根轨迹法基础上的一个分支。经典控制理论的研究对象是单输入、单输出的自动控制系统，特别是线性定常系统。经典控制理论的特点是以输入输出特性（主要是传递函数）为系统数学模型，采用频率响应法和根轨迹法这些图解分析方法，分析系统性能和设计控制装置。经典控制理论的数学基础是拉普拉斯变换，占主导地位的分析和综合方法是频率域方法。建立在状态空间法基础上的一种控制理论，是自动控制理论的一个主要组成部分。 在现代控制理论中，对控制系统的分析和设计主要是通过对系统的状态变量的描述来进行的，基本的方法是时间域方法。现代控制理论比经典控制理论所能处理的控制问题要广泛得多，包括线性系统和非线性系统，定常系统和时变系统，单变量系统和多变量系统。它所采用的方法和算法也更适合于在数字计算机上进行。现代控制理论还为设计和构造具有指定的性能指标的最优控制系统提供了可能性。 智能控制（intelligent controls）在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。 二、华山论剑：自动控制的机遇与挑战 传统控制理论在应用中面临的难题包括：(1)传统控制系统的设计与分析是建立在已知系统精确数学模型的基础上，而实际系统由于存在复杂性、非线性、时变性、不确定性和不完全性等，一般无法获得精确的数学模型；(2)研究这类系统时，必须提出并遵循一些比较苛刻的假设，而这些假设在应用中往往与实际不相吻合；(3)对于某些复杂的和包含不确定性的对象，根本无法用传统数学模型来表示，即无法解决建模问题；(4)为了提高性能，传统控制系统可能变得很复杂，从而增加了设备的初始投资和维修费用，降低了系统的可靠性。 为了讨论和研究自动控制面临的挑战，早在1986年9月，美国国家科学基金会(NSF)及电气与电子工程师学会(1EEE)的控制系统学会在加利福尼亚州桑克拉拉大学(University of Santa Clare)联合组织了一次名为“对控制的挑战”的专题报告会。有50多位知名的自动控制专家出席了这一会议。他们讨论和确认了每个挑战。根据与会自动控制专家的集体意见，他们发表了《对控制的挑战——集体的观点》，洋洋数万言，简直成为这一挑战的宣言书。 到底为什么自动控制会面临这一挑战，还面临哪些挑战，以及在哪些研究领域存在挑战呢? 在自动控制发展的现阶段，存在一些至关重要的挑战是基于下列原因的：(1)科学技术
10．自适应控制 严格地说，实际过程中的控制对象自身及能所处的环境都是十分复杂的，其参数会由于种种外部与内部的原因而发生变化。如，化学反应过程中的参数随环境温度和湿度的变化而变化（外部原因），化学反应速度随催化剂活性的衰减而变慢（内部原因），等等。如果实际控制对象客观存在着较强的不确定，那么，前面所述的一些基于确定性模型参数来设计控制系统的方法是不适用的。 所谓自适应控制是对于系统无法预知的变化，能自动地不断使系统保持所希望的状态。因此，一个自适应控制系统，应能在其运行过程中，通过不断地测取系统的输入、状态、输出或性能参数，逐渐地了解和掌握对象，然后根据所获得的过程信息，按一定的设计方法，作出控制决策去修正控制器的结构，参数或控制作用，以便在某种意义下，使控制效果达到最优或近似更优。目前比较成熟的自适应控制可分为两大类：模型参考自适应控制（Model Reference Adaptive Control）和自校正控制（Self-Turning）。 10.1模型参考自适应控制 10.1.1模型参考自适应控制原理 模型参考自适应控制系统的基本结构与图10.1所示： 10.1模型参考自适应控制系统 它由两个环路组成，由控制器和受控对象组成内环，这一部分称之为可调系统，由参考模型和自适应机构组成外环。实际上，该系统是在常规的反馈控制回路上再附加一个参考模型和控制器参数的自动调节回路而形成。
在该系统中，参考模型的输出或状态相当于给定一个动态性能指标，（通常，参考模型是一个响应比较好的模型），目标信号同时加在可调系统与参考模型上，通过比较受控对象与参考模型的输出或状态来得到两者之间的误差信息，按照一定的规律（自适应律）来修正控制器的参数（参数自适应）或产生一个辅助输入信号（信号综合自适应），从而使受控制对象的输出尽可能地跟随参考模型的输出。 在这个系统，当受控制对象由于外界或自身的原因系统的特性发生变化时，将导致受控对象输出与参考模型输出间误差的增大。于是，系统的自适应机构再次发生作用调整控制器的参数，使得受控对象的输出再一次趋近于参考模型的输出（即与理想的希望输出相一致）。这就是参考模型自适应控制的基本工作原理。 模型参考自适应控制设计的核心问题是怎样决定和综合自适应律，有两类方法，一类为参数最优化方法，即利用优化方法寻找一组控制器的最优参数，使与系统有关的某个评价目标，如：J=? t o e 2(t)dt ，达到最小。另一类方法是基于稳 定性理论的方法，其基本思想是保证控制器参数自适应调节过程是稳定的。如基于Lyapunov 稳定性理论的设计方法和基于Popov 超稳定理论的方法。 系统设计举例 以下通过一个设计举例说明参数最优化设计方法的具体应用。 例10.1设一受控系统的开环传递函数为W a (s)=) 1(+s s k ，其中K 可变，要求 用一参考模型自适应控制使系统得到较好的输出。 解：对于该系统，我们选其控制器为PID 控制器，而PID 控制器的参数由自适应机构来调节，参考模型选性能综合指标良好的一个二阶系统： W m (d)= 1 414.11 2 ++s s 自适应津决定的评价函数取 minJ =?t e 2 (t)dt ，e(t)为参考模型输出与对象输出的误差。 由于评价函数不能写成PID 参数的解析函数形式，因此选用单纯形法做为寻优方法。（参见有关优化设计参考文献）。 在上述分析及考虑下，可将系统表示具体结构表示如下图10.2所示。
中国矿业大学2015 级硕士研究生课程考试 题目自适应控制原理及应用 学生姓名陈明 学号TS15060128A3 所在院系信息与电气工程学院 任课教师郭西进 中国矿业大学研究生院培养管理处印制
目录 1 自适应控制概述 (1) 1.1 自适应控制系统的功能及特点 (1) 1.2自适应控制系统的分类 (1) 1.2.1前馈自适应控制 (1) 1.2.2反馈自适应控制 (1) 1.2.3 模型参考自适应控制（MRAC） (2) 1.2.4自校正控制 (2) 1.3 自适应控制系统的原理 (3) 1.4 自适应控制系统的主要理论问题 (3) 2 模型参考自适应控制 (4) 2.1 模型参考自适应控制的数学描述 (4) 2.2 采用Lyapunov稳定性理论的设计方法 (4) 3 自校正控制 (7) 4 自适应控制在电梯门机系统中的应用 (7) 4.1电梯门机控制系统的关键技术 (7) 4.1.1 加减速过程的S曲线 (8) 4.1.2 系统的自适应控制 (8) 4.3 系统的控制策略 (8) 4.3.1 加减速过程的S曲线 (8) 4.3.2 控制系统模型 (9) 4.4 门机开关的运行曲线 (10) 4.5 系统的实现 (11) 5 结论与展望 (12)
1 自适应控制概述 1.1 自适应控制系统的功能及特点 在日常生活中，所谓自适应是指生物能改变自己的习性以适应新的环境的一种特征。因此，直观地说，自适应控制器应当是这样一种控制器，它能修正自己的特性以适应对象和扰动的动态特性的变化。 自适应控制的特点：研究具有不确定性的对象或难以确知的对象；能消除系统结构扰动引起的系统误差；对数学模型的依赖很小，仅需要较少的验前知识；自适应控制是较为复杂的反馈控制。 1.2自适应控制系统的分类 1.2.1前馈自适应控制 借助于过程扰动信号的测量，通过自适应机构来改变控制器的状态，从而达到改变系统特性的目的。前馈自适应结构图如图1.1所示。 图1.1前馈自适应结构图 由图1.1可知，当扰动不可测时，前馈自适应控制系统的应用就会受到严重的限制。 1.2.2反馈自适应控制 除原有的反馈回路之外，反馈自适应控制系统中新增加的自适应机构形成了另一个
摘要：在此我综述智能控制技术的现状及发展,首先简述智能控制的性能特点及主要方法;然后介绍智能控制在各行各业中的应用现状;接着论述智能控制的发展。智能控制技术的主要方法，介绍了智能控制在各行各业中的应用。随着信息技术的发展，许多新方法和技术进入工程化、产品化阶段，这对自动控制技术提出犷新的挑战，促进了智能理论在控制技术中的应用，以解决用传统的方法难以解决的复杂系统的控制问题。 关键词：智能控制应用自动化 浅谈智能控制技术现状及发展 在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。对许多复杂的系统，难以建立有效的数学模型和用常规的控制理论去进行定量计算和分析，而必须采用定量方法与定性方法相结合的控制方式。定量方法与定性方法相结合的目的是，要由机器用类似于人的智慧和经验来引导求解过程。因此，在研究和设计智能系统时，主要注意力不放在数学公式的表达、计算和处理方面，而是放在对任务和现实模型的描述、符号和环境的识别以及知识库和推理机的开发上，即智能控制的关键问题不是设计常规控制器，而是研制智能机器的模型。此外，智能控制的核心在高层控制，即组织控制。高层控制是对实际环境或过程进行组织、决策和规划，以实现问题求解。为了完成这些任务，需要采用符号信息处理、启发式程序设计、知识表示、自动推理和决策等有关技术。这些问题求解过程与人脑的思维过程有一定的相似性，即具有一定程度的“智能”。 一、智能控制的性能特点及主要方法 1.1根据智能控制的基本控制对象的开放性，复杂性，不确定性的特点，一个理想的智能控制系统具有如下性能： （1）系统对一个未知环境提供的信息进行识别、记忆、学习，并利用 积累的经验进一步改善自身性能的能力，即在经历某种变化后，变化后的
学科介绍 该学科为交叉学科，不同的大学该学科均有不同的侧重点： 控制理论与控制工程学科是以工程系统为主要对象，以数学方法和计算机技术为主要工具，研究各种控制策略及控制系统的理论、方法和技术。控制理论是学科的重要基础和核心内容，控制工程是学科的背景动力和发展目标。本学科的智能控制方向主要包括模糊控制、专家系统、神经元网络、遗传算法等方面的研究，特别强调的是上述方法的交叉及其在工业过程控制方面的应用。故障诊断方向主要研究当控制系统一旦发生故障时，仍能保证闭环系统稳定，且满足规定的性能指标。利用获得的实时数据对生产过程进行在线监测及故障诊断，根据系统的运行状态制定相应的控制策略，使系统工作在最佳状态。鲁棒控制方向主要研究被控对象参数变化后，控制系统仍能稳定可靠的工作，并在某种意义下保证系统的最优性。信号处理方向主要研究控制系统中的信号处理问题，包括非线性系统的鲁棒滤波器的设计，自适应滤波器、噪声抵消器、小波分析等。 控制理论与控制工程是研究运动系统的行为、受控后的运动状态以及达到预期动静态性能的一门综合性学科。在理论方面，利用各种数学工具描述系统的动静态特性，以建模、预测、优化决策及控制为主要研究内容。在应用方面，将理论上的研究成果与计算机技术、网络技术和现代检测技术相结合，形成各种新型的控制器或控制系统。研究内容涵盖从基础理论到工程设计与实现技术的多个层次，应用遍及从工业生产过程到航空航天系统以及社会经济系统等极其广泛的领域。 研究方向 复杂系统控制理论与应用：采用结构分散化方法研究复杂系统的建模与控制问题，以结构分散化模型为基础，研究新的系统辨识理论和新的控制方法。 智能控制理论研究与应用：在对模糊控制、神经网络、专家系统和遗传算法等理论进行分析和研究的基础上，重点研究多种智能方法综合应用的集成智能控制算法。 计算机控制系统：针对不同的生产过程和控制对象，研究采用DCS、PLC、工业控制计算机等控制设备，构成低成本、高性能、多功能的计算机控制系统。 网络控制理论及其应用：通过对网络拓扑结构及网络环境下先进控制理论与方法的研究，充分利用网络资源，实现从决策到控制的全过程优化。 开设学校
智能控制理论及其应用 [摘要] 本文回顾了智能控制理论的提出与发展过程，介绍了智能控制的特点，给出了智能控制理论的主要类型及其特点，列举了智能控制理论与技术的主要应用领域，最后总结了智能控制理论的发展趋势。 [关键词] 智能控制模糊控制神经网络专家控制[abstract] this paper reviewed the development of intelligence control, and introduced its main methods and characteristics, and particularized their mostly application fields, and pointed out the prospects of intelligent control development trend and put forward the study direction. [key words] intelligent control fuzzy control net neural expert control 0.引言 随着工业和自动化技术的发展，控制理论的应用日趋广泛，所涉及的控制对象日益复杂化，对控制性能的要求也越来越高，控制对象或过程的复杂性主要体现在系统缺乏精确的数学模型、具有高维的判定空间、多种时间尺度和多种性能判据等，要求控制理论能够处理复杂的控制问题和提供更为有效的控制策略。现代控制理论从理论上解决了系统的可观、可控、稳定性以及许多复杂系统的控制。但实际中的许多复杂系统具有非线性、时变性、不确定性、多层次、多因素等热点，难以建立精确的数学模型，因此需要引入新
先进控制技术大作业
自适应控制技术综述及仿真 1自适应控制系统综述 1.1自适应控制的发展背景 自适应控制器应当是这样一种控制器，它能够修正自己的特性以适应对象和扰动的动特性的变化。这种自适应控制方法应该做到：在系统运行中，依靠不断采集控制过程信息，确定被控对象的当前实际工作状态，优化性能准则，产生自适应控制规律，从而实时地调整控制器结构或参数，使系统始终自动地工作在最优或次最优的运行状态。自从50年代末期由美国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。模型参考自适应控制和自校正调节器是目前比较成熟的两类自适应控制系统 模型参考自适应控制系统发展的第一阶段(1958年～1966年)是基于局部参数最优化的设计方法。最初是使用性能指标极小化的方法设计MRAC，这个方法是由Whitaker等人于1958年在麻省理工学院首先提出来的，命名为MIT规则。接着Dressber，Price，Pearson等人也提出了不同的设计方法。这个方法的主要确点是不能确保所设计的自适应控制系统的全局渐进稳定；第二阶段(1966～1974年)是基于稳定性理论的设计方法。Butchart和Shachcloth、Parks、Phillipson等人首先提出用李亚普诺夫稳定性理论设计MRAC系统的方法。在选择最佳的李亚普诺夫函数时，Laudau采用了波波夫超稳定理论设计MRAC系统；第三阶段(1974-1980年)是理想情况(即满足假定条件)下MRAC系统趋于完善的过程。美国马萨诸塞大学的Monopoli提出一种增广误差信号法，当按雅可比稳定性理论设计自适应律时，利用这种方法就可以避免出现输出量的微分信号，而仅由系统的输入输出便可调整控制器参数；针对一个控制系统控制子系统S进行研究，通常现代控制理论把大型随机控制系统非线性微分方程组式简化成一个拥有已知的和具有规律变化性的系统数学模型。但在实际工程中，被控对象或过程的数学模型事先基本都难以仅采用简单的数学模型来确定，即使在某一特定条件下确定的数学模型，在条件改变了以后，其动态参数乃至于模型的结构仍然可能发生变化。为此，针对在大幅度简化后所形成的拥有已知的和预先规律变化性的系统数学模型，需要设计一种特殊的控制系统，它能够自动地补偿在模型阶次、参数和输入信号方面未知的变化，
中国农业大学继续教育学院《自动控制原理及其应用》试卷 专业 姓名 成绩 一.填空题（每空0.5分，共25分） 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过 与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按 的前馈复合控制和按 的前馈复合控制。 3、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+，则该系统的传递函数G(s)为 。 4、根轨迹起始于 ，终止于 。 5、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系统的开环传递函数为 。 6、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 ，其相应的传递函数为 ，由于积分环节的引入，可以改善系统的 性能。 7、在水箱水温控制系统中，受控对象为 ，被控量为 。 8、自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为 ；当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时，称为 ；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于 。 9、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统 。判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用 ；在频域分析中采用 。 10、传递函数是指在 初始条件下、线性定常控制系统的 与 之比。 11、频域性能指标与时域性能指标有着对应关系，开环频域性能指标中的幅值穿越频率c ω对应时域性能指标 ，它们反映了系统动态过程的 。 12、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即： 、快速性和 。 13、控制系统的 称为传递函数。一阶系统传函标准是 ，二阶系统传函标准形式是 。 14、在经典控制理论中，可采用 、根轨迹法或 等方法判断线性控制系统稳定性。 15、控制系统的数学模型，取决于系统 和 , 与外作用及初始条件无关。 16、线性系统的对数幅频特性，纵坐标取值为 ，横坐标为 。 17、在二阶系统的单位阶跃响应图中，s t 定义为 。%σ是 。 18、PI 控制规律的时域表达式是 。P I D 控制规律的传递函数表达式是 。 19、对于自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面，即： 、 和 ，其中最基本的要求是 。 20、若某单位负反馈控制系统的前向传递函数为()G s ，则该系统的开环传递函数为 。 21、能表达控制系统各变量之间关系的数学表达式或表示方法，叫系统的数学模型，在古典控制理论中系统数学模型有 、 等。 22、判断一个闭环线性控制系统是否稳定，可采用 、 、 等方法。 23、PID 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 ，其相应的传递函数为 。 24、最小相位系统是指 。 二. 选择题（每题1分，共22分） 1、采用负反馈形式连接后，则 ( ) A 、一定能使闭环系统稳定； B 、系统动态性能一定会提高； C 、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除； D 、需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。 2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果 ( )。 A 、增加开环极点； B 、在积分环节外加单位负反馈； C 、增加开环零点； D 、引入串联超前校正装置。 3、对于以下情况应绘制0°根轨迹的是( ) A 、主反馈口符号为“-” ； B 、除r K 外的其他参数变化时； C 、非单位反馈系统； D 、根轨迹方程（标准形式）为1)()(+=s H s G 。 4、开环频域性能指标中的相角裕度γ对应时域性能指标( ) 。 A 、超调%σ B 、稳态误差ss e C 、调整时间s t D 、峰值时间p t 5、已知开环幅频特性如图2所示， 则图中不稳定的系统是( )。 系统① 系统② 系统③ A 、系 统 ① B 、系统② C 、系统③ D 、都不稳定 6、若某最小相位系统的相角裕度 γ >，则下列说法正确的是 ( )。 A 、不稳定； B 、只有当幅值裕度 1 g k >时才稳定； C 、稳定； D 、不能判用相角裕度判断系统的稳定性。
最优控制理论的发展与展 望 Last revision on 21 December 2020
最优控制理论的发展与展望 摘要:回顾最优控制的基本思想、常用方法及其应用,并对其今后的发展方向和面临的困难提出一些看法。 关键词:最优控制:最优化技术;遗传算法;预测控制 Abstract: The basic idea, method and application of optimal control are reviewed, and the direction of its development and possible difficulties are predicted. Keywords: optimal control; optimal Technology；Genetic Algorithm；Predictive Control 1引言 最优控制理论是本世纪60年代迅速发展的现代控制理论中的主要内容之一,它研究和解决如何从一切可能的方案中寻找一个最优的方案。1948年维纳等人发表《控制论一关于动物和机器中控制与通信的科学》论文,引进信息、反馈和控制等概念,为最优控制理论诞生和发展奠定了基础。我国着名学者钱学森在1954年编着的《工程控制论》直接促进了最优控制理论的发展与形成。在最优控制理论的形成和发展过程中,具有开创性的研究成果和开辟求解最优控制问题新途径的工作,主要是美国着名学者贝尔曼的“动态规划”和原苏联着名学者庞特里亚金的“最大值原理”。此外,构成最优控制理论及现代最优化技术理论基础的代表性工作,还有库恩和图克共同推导的关于不等式约束条件下的非线性最优必要条件(库恩一图克定理)及卡尔曼的关于随机控制系统最优滤波器等口 2最优控制理论的几个重要内容 最优控制理论的基本思想 最优控制理论是现代控制理论中的核心内容之一。其主要实质是:在满足一定约束条件下,寻求最优控制规律(或控制策略),使得系统在规定的性能指标(目标函数)下具有最优值,即寻找一个容许的控制规律使动态系统(受控对象、从初始状态转移到某种要求的终端状态,保证所规足的性能指标达到最小(大)值。
智能控制理论与方法 智能控制是自动控制发展的高级阶段,是人工智能、控制论、系统论、信息论、仿生学、神经生理学、进化计算和计算机等多种学科的高度综合与集成，是一门新兴的边缘交叉学科。它不仅包含了自动控制、人工智能、运筹学和信息论的内容，而且还从计算机科学、生物学、心理学等学科中汲取营养。什么又是智能控制理论呢？ 智能控制的概念和原理是针对被控对象及其环境、控制目标或任务的复杂性和不确定性而提出来的。对“智能控制”这一术语没有确切的定义，但是也有前辈做过归纳总结的，例如，IEEE控制系统协会归纳为：只能控制系统必须具有模拟人类学习（Learning）和自适应（Adaptation）的能力。智能控制系统是智能机自动完成其目标的控制过程，由智能机参与生产过程自动控制的系统称为智能控制系统。定性的说，智能控制系统应具有学习、记忆和大范围的自适应和自组织能力；能够及时地适应不断变化的环境；能有效的处理各种信息，以减小不确定性；能够以安全和可靠地方式进行规划、生产和执行控制动作而达到预定的目的和良好的性能指标。 智能控制系统一般具有以知识表示的非数学广义模型和艺术学模型表示的混合控制过程。它适用于含有复杂性、不完全性、模糊性、不确定和不存在的已知算法的生产过程。它根据被控动态过程特征辨识，采用开闭环控制盒定性与定量控制相结合的多模态的控制方式。 智能控制器具有分层信息处理和决策机构。它实际上是对人神经
结构或专家决策机构的一种模仿。复杂的系统中，通常采用任务分块、控制分散方式。智能控制核心在高层控制，它对环境或过程进行组织、决策和规划，实现广义求解。要实现此任务需要采集符号信息处理、启发式程序设计、知识展示及自动推理和决策的相关技术。底层控制也属于智能控制系统不可缺少的一部分，一般采用常规控制。智能控制器也具有非线性。这是因为认得思维具有非线性，作为模仿人的思维进行决策的智能控制也具有非线性。由于智能控制器具有在线特征辨识、特征记忆和拟人特点，在整个控制过程中计算机在线获取信息和实时处理并给出控制决策，通过不断优化参数和寻找控制器的最佳结构方式，以获取整体最有控制性能。 模糊控制系统是智能控制的重要组成部分。模糊控制器是非线性控制器，许多传统的建模、分析和设计方法可以直接采用。任何的控制都有其数学理论和数学基础，模糊控制系统的数学基础是模糊集合、模糊规则和模糊推理。模糊集合就是指具有某个模糊概念所描述的属性的对象的全体，这一概念是美国加利福尼亚大学控制论专家L.A.扎德于 1965 年首先提出的。模糊集合这一概念的出现使得数学的思维和方法可以用于处理模糊性现象，从而构成了模糊集合论（中国通常称为模糊性数学)的基础。 模糊控制的核心就是利用模糊集合理论,把表达的人控制策略的自然语言转化为计算机能够承受的算法语言的控制算法,这种方法不仅能实现控制,而且能模拟人的思维方式,对一些无法构造的数学模 型的被控对象进行有效的控制。模糊控制与一般的自动控制的根本区
工程管理专业毕业生论文(设计) 课题名称：工程建设全过程造价控制理论与应用学生姓名： 指导教师：
工程建设全过程造价控制理论与应用 摘要：工程造价中工程量计算是编制施工图预算的重要环节。施工图预算是否正确，主要取决于分项工程或构（配）件数量和预算定额计价，它们决定了分项工程或构（配）件的直接费。因此，工程量计算是否正确，直接影响工程预算造价的准确。 除此之外，工程量还是施工企业编制施工计划、组织劳动力和供应材料、机具的重要依据。因而，正确计算工程量对工程建设各单位加强管理，正确确定工程造价具有重要的现实意义。 而建设工程的最终目的，是获得利益。这就需要在工程建设的全过程进行控制。从组织、技术、经济、合同与信息等方面挖掘潜力，有效地控制造价和科学地管理造价确保工程质量，不断降低工程成本。保证每一阶段造价都控制在合理范围内，才能使投资控制目标得以实现，取得较好的投资效益。 关键词：工程量计算；造价控制；工程建设全过程 目录
第一章绪论 (4) 1.1 本课题在国内外研究现状和发展趋势 (4) 1.1.1 工程造价管理在国内研究现状 (4) 1.1.2 工程造价管理的发展趋势 (4) 1.2 本课程研究的目的和意义 (5) 1.3 本课题研究的内容 (6) 1.4我国工程造价管理发展对策及建议 (7) 1.4.2加强工程招投标，合理确定工程造价 (7) 1.4.3 积极推行无标底合理低价中标方式 (7) 第二章工程量计算研究 (8) (8) 2.1 工程量计算的重要性 (8) 2.2 如何快速准确计算工程量 (9) 2.2.1 熟悉定额计算规则、相关规范及图集 (9) 2.2.2 合理安排工程量计算顺序 (9) 2.2.3 减少和随时清理图纸 (10) 第三章建设工程造价管理 (10) 3.1 建设工程造价合理的确定 (11) 3.2 建设工程造价管理的必要性 (11) 3.2.1设计阶段的工程造价管理存在的问题 (11) 3.3 对建设工程造价进行有效的控制管理 (12) 3.3.1 有效控制的原则和方法 (12) 3.3.2 建设程序各阶段工程造价有效控制的内容 (13) 第四章施工过程中的造价控制 (14) 4.1 在工程施工阶段对工程造价的管理 (14) 4.2 施工过程中造价控制 (15) 4.2.1 结合施工组织及施工工艺，控制工程成本 (16) 4.2.3 做好市场材料及市场工艺价格的，建立寻价体系 (17) 4.2.4建议采用工程量清单形式确定工程造价 (17) 4.2.5 施工项目风险成本的管理 (18) 4.3 正确处理和防范施工索赔 (19) 4.3.1 确定施工企业造价控制的目标值 (19) 4.3.2 施工企业全员参与造价管理 (19) 4.3.3 施工项目活动多少、活动规模、资源消耗的核算和控制 (20) 4.3.4 施工项目风险造价的管理 (20) 4.3.5 加强对变更的管理 (21) 第五章结论 (22) 第六章参考文献 (23) 致谢 (25)
《控制理论与应用》稿件加工须知 1 录用格式及要求（具体格式参照近期《控制理论与应用》）： 1.1 首页应包括下列内容：中、英文题目、作者姓名、详细工作单位、邮政编码、摘要、关键词。获基金资助的课题在首页脚注注明。 I 题名一般不超过20个字，外文题名一般不超过10个实词；题名语意未尽，可用副题名，中间用冒号分开，避免出现非公知公用的符号。英文题名和副题名的第一个字母大写，其余（专有名词除外）小写。题名的第一个词，不能出现定冠词或不定冠词A，An，The等。文字简练。尽量避免出现“……方法（分析，应用，研究）”等词语。 II 工作单位：规范、统一，写出一、二级单位，省份、城市名和邮政编码，作者单位的英文结尾处加China。 III 摘要一般应包括研究目的、研究过程采用的主要方法、研究的主要结果和结论4大部分,同时要注意摘要的完整性、可读性、通俗性和逻辑性.英文摘要宜在150-250个词汇以内,关键词3～8个，尽可能按照国际重要数据库(如Ei)主题词表提交,不要使用缩写,以有效地提高作者研究成果的引用率。 凡是不符合本刊格式要求的稿件，将视情况退作者重新整理。 1.２ 文末附作者简介：出生年代、性别、简历及研究领域。 1.３ 全文同一名词术语、人名、地名须前后一致。计量单位采用国际单位制（SI），用规范符号表示。文中缩写词（中文或英文）须在首次出现时注明全称。 1.４ 全文用阿拉伯数字统一编号，向量用小写黑斜体，矩阵排大写白体。一般变量排斜体，专有名词及数学符号如微分、积分、偏微分符号、数学期望、转置等排正体。 1.５ 图、表应精心设计。插图３～５幅为宜。图、表分别用阿拉伯数字全文连续编号，图题、表题必须中英文对照。 1.6 参考文献：只列公开出版的文献。内部资料、未公开发行的论文集（博士学位论文除外）等不得作为文献引用。必须引用时，可放在出现页的脚注（书写格式与参考文献相同）。参考文献按文中出现的先后次序排列，若为中文，则将英文翻译附在中文之前,其余均以英文表述。题名第一个字母大写，其余小写（专有名词除外），刊名、书名、会议论文集名的每个实词的第一个字母大写，并给出全称。中外作者均为姓前名后。书写格式如下： 期刊：［序号］析出文献主要责任者.析出文献题名［Ｊ］.期刊名：其它题名信息，出版年，卷号（期号）：页码. 专著：［序号］主要责任者.专著名［Ｍ］.版次（第一版不标注）.出版地：出版社，出版年：起止页码. [序号］析出文献主要责任者.析出文献题名［Ｍ］//专著主要责任者.专著题名.出版地：出版社，出版年：起止页码. 论文集：［序号］主要责任者.论文集名［Ｃ］.出版地：出版社，出版年：起止页码. ［序号］析出文献主要责任者.析出文献题名［Ｃ］//论文集主要责任者.论文集名.出版地：出版社，出版年：起止页码. 学位论文：［序号］主要责任者.题名［博士学位论文］［Ｄ］.保存地点：保存单位，授予年. 专利文献：［序号］专利申请者或所有者.专利题名：专利国别，专利号［Ｐ］.公告日期或公开日期. 电子文献：［序号］主要责任者.题名：其它题名信息［ＥＢ/ＯＬ］.出版地：出版者，出版年（更新或修改日期）［引用日期］.获取或访问路径. 1.7 修改稿要求论点明确，论证充分，语句通顺，文字简练。定稿时长论文不限篇幅，一般情况综述不超过9000字,论文不超过7000字；短文不超过4000字。 1.8 稿件发表前会请作者校对，届时务必提供稿件每位作者的E-mail及相关信息。 2 作者应按照本须知中的各项要求认真加工修改稿件，若修改不符要求，编辑部将退回直至修改合格为止，由此造成的稿件发表延误由作者自负。 谢谢合作！ 《控制理论与应用》编辑部
自适应控制习题 （徐湘元，自适应控制理论与应用，电子工业出版社，2007） 【2-1】 设某物理量Y 与X1、X2、X3的关系如下：Y=θ1X 1+θ2X 2+θ3X 3 由试验获得的数据如下表。试用最小二乘法确定模型参数θ1、θ2和θ3 X1: 0.62 0.4 0.42 0.82 0.66 0.72 0.38 0.52 0.45 0.69 0.55 0.36 X2: 12.0 14.2 14.6 12.1 10.8 8.20 13.0 10.5 8.80 17.0 14.2 12.8 X3: 5.20 6.10 0.32 8.30 5.10 7.90 4.20 8.00 3.90 5.50 3.80 6.20 Y: 51.6 49.9 48.5 50.6 49.7 48.8 42.6 45.9 37.8 64.8 53.4 45.3 【2-3】 考虑如下模型 )()(3.03.115.0)(212 1t w t u z z z z t y ++?+=???? 其中w(t)为零均值、方差为1的白噪声。根据模型生成的输入/输出数据u(k)和y(k),分别采用批处理最小二乘法、具有遗忘因子的最小二乘法（λ=0.95）和递推最小二乘法估计模型参数（限定数据长度N 为某一数值，如N=150或其它数值），并将结果加以比较。 【2-4】 对于如下模型 )()1.065.01()()5.0()()15.08.01(213221k w z z k u z z k y z z ??????+?++=+? 其中w(k)为零均值、方差为1的白噪声。根据模型生成的输入/输出数据u(k)和y(k),分别采用增广最小二乘法和随机逼近法进行模型参数估计，并比较结果。 （提示：w(t)可以用MATLAB 中的函数“randn ”产生）。 【3-1】 设有不稳定系统： )()9.01()()1(111k u z z k y z ???+=? 期望传递函数的分母多项式为)5.01()(11???=z z Am ，期望输出m y 跟踪参考输入r y ，且无稳态误差。试按照极点配置方法设计控制系统，并写出控制表达式。 【3-2】 设有被控过程： )()2.11()()6.07.11(1221k u z z k y z z ????+=+? 给定期望传递函数的分母多项式为)08.06.01()(211???+?=z z z A m ，试按照极点配置方法设计控制系统，使期望输出无稳态误差，并写出控制表达式u(k)。
摘要：介绍了智能控制理论的发展概况、研究对象与工具、功能特点，简要列举了智能控制的集中应用。 关键词：智能控制；神经网络；应用 0前言 自从美国数学家维纳在20世纪49年代创立控制论以来，智能控制理论与智能化系统发展十分迅速。智能控制理论被誉为最新一代的控制理论，代表性的理论有模糊控制、神经网络控制、基因控制即遗传算法、混沌控制、小波理论、分层递阶控制、拟人化智能控制、博弈论等。应用智能控制理论解决工程控制系统问题，这样一类系统称为智能化系统。他广泛应用于复杂的工业过程控制、机器人与机械手控制、航天航空控制、交通运输控制等。他尤其适用于被控对象模型包含有不确定性、时变、非线性、时滞、耦合等难以控制的因素。采用其它控制理论难以设计出合适与符合要求的系统时，都有可能期望应用智能化理论获得满意的解决。 科学技术高度发展导致了被控对象在结构上的复杂化和大型化。在许多系统中，复杂性不仅仅表现在高维性上，更多则是表现在系统信息的模糊性、不确定性、偶然性和不完全性上。此时，人工智能得益于计算机技术的飞速发展，已逐渐成为一门学科，并在实际应用中显示出很强的生命力。同时，国际学术界对智能控制的研究也十分活跃，到了20世纪90年代，各种智能控制的国际学术会议日益频繁。国内也在20世纪80年代初开始进行智能控制研究。 1智能控制理论的发展阶段 虽然智能控制理论只有几十年的历史，尚未形成较完整的理论体系，蛋其已有的应用成果和理论发展表明它已成为自动控制的前沿学科之一。智能控制主要经历了以下几个发展阶段： 1.1 自动控制的发展与挫折 上世纪40~50年代，以频率法为代表的单变量系统控制理论逐步发展起来，并且成功地用在雷达及火力控制系统上，形成了“古典控制理论”。上世纪60~70年代，数学家们在控制理论发展中占据了主导地位，形成了以状态空间法为代表的“现代控制理论”。他们引入了能控、能观、满秩等概念，使得控制理论建立在严密精确的数学模型之上，从而造成了理论与实践之间巨大的分歧。上世纪70年代后，又出现了“大系统理论”。但是，由于这种理论解决实际问题的能力更弱，没有得到进一步运用。 1.2人工智能的发展 斯坦福大学人工智能研究中心的Nilsson教授认为：“人工智能是关于知识的科学——怎样标识以及怎样获得知识并使用知识的科学”。MIT的Winston教授指出：“人工智能就是研究如何使用计算机去做过去只有人才做的智能性工作”。 1956年以前是人工智能的萌芽期。英国数学家图灵为现代人工智能做了大量的开拓性的贡献；1956~1961年是人工智能的发展期，人们重点研究了诸如用及其解决数学定义、通用问题求解程序等。1961年以后人工智能进入了飞跃期，主要内容涉及知识工程、自然语言理解等。人们研究人工智能的方法也分为结构模拟派和功能模拟派，分别从闹的结构和脑的功能入手进行研究。 1.3智能控制的兴起 建立于严密的数学理论上的控制理论发展受到挫折，而模拟人类智能的人工智能却迅速发展起来。控制理论丛人工智能中吸取营养求发展成为必然。工业系统往往呈现高维、非线
自适应控制的发展史 所谓“自适应”一般是指系统按照环境的变化调整其自身使得其行为在新的或者已经改变了的环境下达到最好或者至少是容许的特性和功能。 自适应控制工作的优劣最终要由实际应用情况来评定，我们从应用角度出发，分三个阶段回顾自适应控制的发展过程。 第一个阶段——应用探索阶段 从5O年代初开始到7O年代初，这是自适应控制的理论和方法产生兴起、应用探索的阶段。在这个阶段，理论和方法尚不成熟，在应用上又遇到失败和挫折，即1957年利用MIT调节规律的美国某试验型飞行失事，对自适应控制产生了怀疑、动摇。相当一部分研究人员退出这个领域。然而也有一批有识志士不畏困难，在理论和应用方面坚持探索研究，满怀希望。 第二个阶段——应用开始阶段 随着控制理论和计算机技术的发展，从7O年代初开始到8O年代初，自适应控制有了突破性进展，1973年Astrom的自校正调节在造纸厂的成功应用。1974年吉尔巴特和温斯顿(Gilbart and Winston)在24in的光学跟踪望远镜中利用模型参考自适应控制把跟踪精度提高了五倍以上。尽管当时应用项目不多，但确实证明自适应控制是有效的。人们对自适应控制的兴趣又增加了，到8O年代开始自适应控制的应用，根据帕克斯等人的文章统计至少有58项，具有代表性意义的有6项。 第三个阶段——应用扩展阶段 从7O年代末8O年代初到现在，自适应控制技术进一步推广应用。在这个阶段有几个特点： 1)1981年出现了Electromax-v自适应调节器，1983年在美国出现了商业性自适应控制软件包，向产品过渡。从8O年代初开始到1988年5月世界已安装7万个自适应回路。 2)更实用性的新自适应方法和算法大量出现，如广义预测自适应控制，我国的全系数自适应控制方法、组合自校正器、自适应PID等。 3)促进了理论与实际相结合的研究，特别是Rohrs等提出具有未建模动态时自适应控制不稳定的问题，引起了人们的极大关注，从而促进了鲁棒自适应控制理论和应用的研究，并取得了很大进展。 4)应用范围由少数几个国家扩展到更多的国家，由个别项目扩展多个项目，由少数领域扩展到多个领域。 自适应控制系统分为：前馈自适应控制、反馈自适应控制、模型参考自适应控制（MRAC）和自校正控制。 1．自校正控制系统的发展史 自校正控制系统的设计方法大体上分为三个阶段： 第一阶段（1958年～1975年）：基于最小方差理论进行设计