機(jī)器人技術(shù)第一章緒論

機(jī)器人技術(shù)第一章緒論第一頁(yè)，共25頁(yè)。1、《自適應(yīng)控制理論與應(yīng)用》吳振順編著，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社

出版日期:2005.02

2、

《系統(tǒng)辨識(shí)理論及應(yīng)用》李言俊張科，國(guó)防工業(yè)出版社2002年7月3、《系統(tǒng)辨識(shí)與自適應(yīng)控制Matlab仿真》龐中華等，北京航空航天出版社2009年8月4、《自適應(yīng)控制》吳士昌，臧瀛芝編著，機(jī)械工業(yè)出版社

出版日期:19905、SystemIdentificationToolboxMATLABUser'sGuide,TheMathWorks.Inc.第二頁(yè)，共25頁(yè)。3、系統(tǒng)辨識(shí)的基本概念1、自適應(yīng)控制與自適應(yīng)控制對(duì)象2、兩類重要的自適應(yīng)控制系統(tǒng)4、自適應(yīng)控制的發(fā)展與應(yīng)用第三頁(yè)，共25頁(yè)。

1、古典控制理論階段2、現(xiàn)代控制理論階段3、智能控制理論階段瓦特飛球調(diào)節(jié)器1770年現(xiàn)代控制理論二十世紀(jì)60年代智能控制二十世紀(jì)末第四頁(yè)，共25頁(yè)。控制理論控制對(duì)象分析方法控制策略古典控制單輸入單輸出、線性定常系統(tǒng)頻率特性分析法根軌跡分析法描述函數(shù)法相平面法反饋控制PID控制…….現(xiàn)代控制單輸入單輸出系統(tǒng)多輸入多輸出系統(tǒng)線性定常系統(tǒng)非線性時(shí)變系統(tǒng)（狀態(tài)及參數(shù)已知系統(tǒng)）狀態(tài)方程差分方程極點(diǎn)配置狀態(tài)反饋輸出反饋…….智能控制狀態(tài)及參數(shù)已知或者未知系統(tǒng)基于狀態(tài)空間的分析方法靈敏度分析法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模糊邏輯…….最優(yōu)控制自適應(yīng)控制魯棒控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模糊控制…….第五頁(yè)，共25頁(yè)。一、自適應(yīng)控制的對(duì)象：（1）飛機(jī)的控制（2）過程控制（3）導(dǎo)彈控制（4）電力拖動(dòng)控制（5）冶金過程（6）船舶的航線控制在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮以下問題：

（1）由于環(huán)境、原料特性和生產(chǎn)量的變化或者物理參數(shù)改變引起系統(tǒng)傳遞函數(shù)階次或參數(shù)值發(fā)生改變。（2）各種隨機(jī)擾動(dòng)。（3）輸入信號(hào)類型、大小和特性的變化（4）系統(tǒng)中存在非線性特性。第六頁(yè)，共25頁(yè)。二、自適應(yīng)控制的定義

1962年Gibson:一個(gè)自適應(yīng)控制系統(tǒng)必須提供出被控對(duì)象當(dāng)前狀態(tài)的連續(xù)信息，也就是辨識(shí)對(duì)象；它必須將當(dāng)前系統(tǒng)性能與期望的或最優(yōu)的性能相比較，并作出使系統(tǒng)趨向期望或最優(yōu)性能的決策；最后，它必須對(duì)控制器進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?，以?qū)使系統(tǒng)走向最優(yōu)。

1974年Landau：一個(gè)自適應(yīng)系統(tǒng)，將利用其中的可調(diào)系統(tǒng)的各種輸入狀態(tài)和輸出來度量某個(gè)性能指標(biāo)；將所測(cè)得的性能指標(biāo)與規(guī)定的性能指標(biāo)相比較；然后，由自適應(yīng)機(jī)構(gòu)來修正可調(diào)系統(tǒng)的參數(shù)或者產(chǎn)生一個(gè)輔助的輸入信號(hào)，以保持系統(tǒng)的性能指標(biāo)接近于規(guī)定的指標(biāo)。第七頁(yè)，共25頁(yè)。自適應(yīng)控制系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：在線進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的辨識(shí)或系統(tǒng)性能指標(biāo)的度量，以便得到系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的改變情況。按一定的規(guī)律確定當(dāng)前的控制策略在線修改控制器的參數(shù)或可調(diào)系統(tǒng)的輸入信號(hào)圖1自適應(yīng)控制系統(tǒng)原理第八頁(yè)，共25頁(yè)。1、模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)（MRACS）2、自校正控制系統(tǒng)（STCS）第九頁(yè)，共25頁(yè)。圖2模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(MRACS)1、模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)第十頁(yè)，共25頁(yè)。局部參數(shù)最優(yōu)化法基于Lyapunov穩(wěn)定性理論基于Popov超穩(wěn)定性理論模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法第十一頁(yè)，共25頁(yè)。圖3自校正控制系統(tǒng)2、自校正控制系統(tǒng)第十二頁(yè)，共25頁(yè)。MRAC與STC的區(qū)別：1）調(diào)節(jié)方法

MRAC參數(shù)調(diào)節(jié)基于參考模型與被控對(duì)象輸出之間的誤差

STC參數(shù)調(diào)節(jié)基于被控對(duì)象辨識(shí)。

2）設(shè)計(jì)思想

MRAC基于保證系統(tǒng)穩(wěn)定構(gòu)成自適應(yīng)調(diào)節(jié)律；

STC基于使系統(tǒng)某一性能指標(biāo)最優(yōu)確定自適應(yīng)調(diào)節(jié)律。第十三頁(yè)，共25頁(yè)。系統(tǒng)建模的方法：

1）解析法從基本物理定律出發(fā)，建立機(jī)理模型或解析模型

2）測(cè)試法（系統(tǒng)辨識(shí)）利用系統(tǒng)運(yùn)行和試驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立系統(tǒng)模型，確定系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型：就是利用數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)（表格、圖形以及各種數(shù)學(xué)方程：代數(shù)方程、微積分方程以及方程組、傳遞函數(shù)、狀態(tài)方程、差分方程等）來反映系統(tǒng)內(nèi)部之間、內(nèi)部與某些外部因素之間的精確的定量關(guān)系。第十四頁(yè)，共25頁(yè)。系統(tǒng)建模的基本原則：

1）建模目的要明確

2）模型的物理概念要明確

3）系統(tǒng)具有可辨識(shí)性即模型結(jié)構(gòu)合理，輸入信號(hào)持續(xù)激勵(lì)，數(shù)據(jù)充足。

4）符合節(jié)省原理即被辨識(shí)模型參數(shù)的個(gè)數(shù)要盡量少。第十五頁(yè)，共25頁(yè)。

L.A.Zadeh[1962]

：系統(tǒng)辨識(shí)就是在輸入和輸出數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，從一組給定的模型類中，確定一個(gè)與所測(cè)系統(tǒng)等價(jià)的模型。P.Ekyhoff[1974]

：辨識(shí)問題可以歸結(jié)為用一個(gè)模型來表示客觀系統(tǒng)本質(zhì)特征的一種演算，并用這個(gè)模型把對(duì)客觀系統(tǒng)的理解表示成有用的形式。L.Ljung[1978]

：辨識(shí)就是按照一個(gè)準(zhǔn)則在一組模型類中選擇一個(gè)與數(shù)據(jù)擬合得最好的模型。系統(tǒng)辨識(shí)的典型定義：

第十六頁(yè)，共25頁(yè)。圖4系統(tǒng)辨識(shí)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)辨識(shí)的基本原理：根據(jù)被辨識(shí)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。將試驗(yàn)測(cè)定值與設(shè)定模型輸出進(jìn)行比較。根據(jù)一定的辨識(shí)算法進(jìn)行參數(shù)修正和狀態(tài)估計(jì)。直至辨識(shí)誤差趨向于零。第十七頁(yè)，共25頁(yè)。系統(tǒng)辨識(shí)的步驟：圖5系統(tǒng)辨識(shí)的一般步驟1.明確辨識(shí)目的；2.掌握先驗(yàn)知識(shí)；3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；4.數(shù)據(jù)預(yù)處理；5.模型結(jié)構(gòu)辨識(shí)；6.模型參數(shù)辨識(shí)；7.模型檢驗(yàn)；第十八頁(yè)，共25頁(yè)。系統(tǒng)辨識(shí)圖6對(duì)接機(jī)構(gòu)綜合試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)模擬器第十九頁(yè)，共25頁(yè)。圖7三向六自由度液壓振動(dòng)臺(tái)第二十頁(yè)，共25頁(yè)。在線辨識(shí)控制系統(tǒng)圖8

JAGUAR振動(dòng)臺(tái)控制系統(tǒng)及動(dòng)態(tài)信號(hào)分析第二十一頁(yè)，共25頁(yè)。在線辨識(shí)自適應(yīng)控制系統(tǒng)圖9在線辨識(shí)的自適應(yīng)控系統(tǒng)第二十二頁(yè)，共25頁(yè)。（a）自適應(yīng)控制系統(tǒng)(b)在線辨識(shí)系統(tǒng)第二十三頁(yè)，共25頁(yè)。發(fā)展歷史：1、首先由Draper和Li于1951年提出；2、自適應(yīng)名詞由Tsien于1954年在《工程控制論》中首次提出；3、Whitaker及其同事設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)飛機(jī)飛行控制系統(tǒng)。模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)。Parks利用Lyapunov穩(wěn)定定理以及Landau利用Popov超穩(wěn)定定理設(shè)計(jì)發(fā)展了MRAC。1974年Monopoli提出增廣誤差信號(hào)法