迭代學(xué)習(xí)控制PPT幻燈片課件(PPT 25頁)

1、 迭代學(xué)習(xí)控制（ILC）的應(yīng)用 某某某延時(shí)符12第1頁，共25頁。目錄010203簡單介紹應(yīng)用總結(jié)延時(shí)符22022/7/22第2頁，共25頁。提出人們在研究高速運(yùn)動的工業(yè)機(jī)械手的控制問題時(shí)，提出了這樣一個(gè)思想：不斷重復(fù)一個(gè)同樣軌跡的控制嘗試，并以此修正控制律，可能可以得到非常好的控制效果。Arimoto等人于1984年正式提出了迭代學(xué)習(xí)控制（iterative learning control,簡稱ILC）方法。延遲符32022/7/22第3頁，共25頁。數(shù)學(xué)描述42022/7/22第4頁，共25頁。期望軌跡輸出變量輸入變量（控制量）誤差 通過對被控系統(tǒng)進(jìn)行控制嘗試，以輸出信號與給定目標(biāo)的偏差

2、修正不理想的控制信號，使得系統(tǒng)的跟蹤性能得以提高。新的控制量存入存儲器，刷新舊控制量；在施加控制時(shí)，需從存儲器中取出控制量?？梢钥吹降鷮W(xué)習(xí)控制算法可利用的信息要多余常規(guī)的反饋控制算法?；驹?2022/7/22第5頁，共25頁。實(shí)現(xiàn)有限區(qū)間上的完全跟蹤任務(wù)，希望實(shí)現(xiàn)被控系統(tǒng)的輸出零誤差地完全跟蹤期望軌跡目標(biāo)具有重復(fù)運(yùn)動特征的被控系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的非線性耦合、較高的位置重復(fù)精度、難以建模和高精度軌跡跟蹤控制要求的動力學(xué)系統(tǒng)使用范圍勤奮務(wù)實(shí)延時(shí)符62022/7/22第6頁，共25頁。在倒立擺控制上的應(yīng)用在機(jī)器人中的應(yīng)用在生產(chǎn)機(jī)械中的應(yīng)用與其他先進(jìn)控制技術(shù)的結(jié)合延時(shí)符72022/7/22第7頁，共

3、25頁。在倒立擺控制上的應(yīng)用Part 1延時(shí)符82022/7/22第8頁，共25頁。閉環(huán)D型迭代學(xué)習(xí)控制閉環(huán)D型迭代學(xué)習(xí)控制010304延時(shí)符倒立擺示意圖92022/7/22第9頁，共25頁。狀態(tài)空間方程102022/7/22第10頁，共25頁。應(yīng)用效果112022/7/22第11頁，共25頁。在機(jī)器人中的應(yīng)用Part 2延時(shí)符122022/7/22第12頁，共25頁。由于機(jī)器人是高度的非線性、強(qiáng)耦合的動力學(xué)系統(tǒng)，而且在許多情況下系統(tǒng)的動力學(xué)模型是未知的，或者不是完全己知的，因此利用傳統(tǒng)的控制理論很難實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人的高精度跟蹤控制。近年來，迭代學(xué)習(xí)控制理論由于在不精確已知受控對象動力學(xué)特性的情形

4、下具有綜合結(jié)構(gòu)簡單、在線計(jì)算量小等特點(diǎn)，因此受到了控制界的廣泛關(guān)注，人們針對各種機(jī)器人系統(tǒng)的跟蹤控制提出了相應(yīng)的有效算法。 針對單自由度機(jī)器人這樣一類非線性時(shí)變系統(tǒng)討論一種同時(shí)利用比例和微分作用的開閉環(huán)PD型迭代學(xué)習(xí)律。132022/7/22第13頁，共25頁。開閉環(huán)PD型迭代學(xué)習(xí)控制142022/7/22第14頁，共25頁。狀態(tài)空間方程152022/7/22第15頁，共25頁。開閉環(huán)PD型迭代學(xué)習(xí)誤差曲線應(yīng)用效果162022/7/22第16頁，共25頁。應(yīng)用效果采用開閉環(huán)P型學(xué)習(xí)律的輸出曲線采用開閉環(huán)PD型學(xué)習(xí)律的的輸出曲線172022/7/22第17頁，共25頁。在生產(chǎn)機(jī)械中的應(yīng)用Part

5、 3延時(shí)符182022/7/22第18頁，共25頁。在生產(chǎn)機(jī)械中的應(yīng)用在機(jī)械壓力機(jī)滑塊位置控制中的應(yīng)用：壓力機(jī)氣動系統(tǒng)具有很強(qiáng)的非線性和時(shí)滯性，且很難建立精確的數(shù)學(xué)模型，而壓力機(jī)滑塊位置的調(diào)整具有反復(fù)性，因此適合采用迭代學(xué)習(xí)法進(jìn)行控制，采用適當(dāng)?shù)牡惴刂苹瑝K停止位置，可以減少調(diào)整次數(shù)，提高定位精度。強(qiáng)化優(yōu)勢自我補(bǔ)課延時(shí)符在絲桿運(yùn)動誤差控制中的應(yīng)用：迭代學(xué)習(xí)控制策略結(jié)構(gòu)與算法簡單，參數(shù)便于確定，容易實(shí)現(xiàn)，不需要對誤差進(jìn)行顯式建模，通過學(xué)習(xí)既能對絲杠運(yùn)動誤差進(jìn)行預(yù)報(bào)，又能獲取絲杠運(yùn)動誤差特性緩慢變化的信息，從而始終保持良好的運(yùn)動誤差補(bǔ)償性能。192022/7/22第19頁，共25頁。在生產(chǎn)機(jī)械

6、中的應(yīng)用強(qiáng)化優(yōu)勢在新型超細(xì)粉碎機(jī)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用針對粉碎機(jī)生產(chǎn)過程，分析了磨機(jī)生產(chǎn)工況變化造成的負(fù)荷特性的非線性，提出將模糊控制與迭代學(xué)習(xí)控制相結(jié)合用于這一生產(chǎn)過程的控制方法，它克服了常規(guī)PID控制中難以適應(yīng)負(fù)荷特性的非線性，不能及時(shí)克服系統(tǒng)擾動等缺陷。實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)性能都得到了改善。在注塑機(jī)控制中的應(yīng)用最優(yōu)迭代學(xué)習(xí)控制應(yīng)用于注塑機(jī)這樣存在干擾和具有不確定初始設(shè)定值的場合，可以使系統(tǒng)達(dá)到較好的魯棒性，并且保證系統(tǒng)的收斂性，從而使系統(tǒng)取得較好的效果。延時(shí)符202022/7/22第20頁，共25頁。與其他先進(jìn)控制技術(shù)的結(jié)合Part 4延時(shí)符212022/7/22第21頁，共25頁。

7、管理指導(dǎo)與最優(yōu)化原則相結(jié)合與模糊控制相結(jié)合 迭代學(xué)習(xí)控制主要問題之一是魯棒性問題，即實(shí)際動態(tài)過程中存在著各種不確定的擾動、偏差。 由于被控過程的非線性、高階次、時(shí)變性以及隨機(jī)干擾等因素，造成模糊控制規(guī)則或者粗糙或者不完善，而且模糊控制規(guī)則是基于人為經(jīng)驗(yàn)，更決定其存在不完善的地方，這些都會不同程度地影響控制結(jié)果。 將迭代學(xué)習(xí)控制及模糊控制相結(jié)合以彌補(bǔ)相結(jié)合，既提高了魯棒性又保證了精度。 加快迭代學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)速度一直是人們追尋的目標(biāo)，為了使收斂速率最高，人們運(yùn)用最優(yōu)方法尋找最優(yōu)學(xué)習(xí)律，將最優(yōu)控制與迭代學(xué)習(xí)控制相結(jié)合，具有加快學(xué)習(xí)速度，提高魯棒性等優(yōu)點(diǎn)。延時(shí)符222022/7/22第22頁，共25頁。

8、管理指導(dǎo)與滑模變結(jié)構(gòu)控制相結(jié)合與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制相結(jié)合迭代學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對非線性系統(tǒng)的控制可使未知的非線性特性能被線性參數(shù)化漸近仿真模型描述出來。對照早期的全球網(wǎng)絡(luò)或本地網(wǎng)絡(luò)，例如RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在規(guī)定空間內(nèi)分布的神經(jīng)元，給出了一個(gè)獨(dú)立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在時(shí)間軸上的軌跡。因而，通過迭代學(xué)習(xí)控制，軌跡上的每一點(diǎn)的跟蹤性能通過多次跟蹤相同軌跡能得到改善。且在設(shè)計(jì)中，每一個(gè)本地神經(jīng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)是獨(dú)立的。這種結(jié)構(gòu)，使部分學(xué)習(xí)變成可能。在很多情況中部分學(xué)習(xí)是非常有用的。變結(jié)構(gòu)控制可以保證控制系統(tǒng)在時(shí)間軸方向的收斂性，對系統(tǒng)參數(shù)和外部擾動的不變性是其突出的優(yōu)點(diǎn)，而它的一個(gè)明顯的缺點(diǎn)是系統(tǒng)存在顫抖。這一明顯缺點(diǎn)是由于采用不連續(xù)切換控制規(guī)律，系統(tǒng)狀態(tài)會產(chǎn)生高頻顫動，顫動的出現(xiàn)是變結(jié)構(gòu)控制應(yīng)用中的突出障礙，它將影響控制的精確性，因此系統(tǒng)的精度不高。因此考慮把迭代學(xué)習(xí)和滑模變結(jié)構(gòu)控制方法二者結(jié)合起來，設(shè)計(jì)出一種新的控制方法，使二者充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，抑制缺點(diǎn)，使系統(tǒng)控制既保持較高的精度，又具有較強(qiáng)的魯棒性。延時(shí)符232022/7/22第23頁，共25頁。總結(jié)延遲符 迭代學(xué)習(xí)的優(yōu)點(diǎn)：可以保證控制系統(tǒng)在重復(fù)運(yùn)行方向的收斂性，算法非常簡單，精度很高，可以達(dá)到以任意