自动化理论中无模型控制方法研究

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自动化理论中无模型控制方法研究

作者:朱峰

来源:《科学与财富》2012年第04期

摘要:无模型自适应控制方法是一种在设计控制器的过程中不需要建立被控系统数学模型的新型控制方法。无模型自适应控制在很多地方是优于传统控制方法的,它的控制过程既不基于被控系统的数学模型也不基于特定的数学规则,而是基于一组实时的在线辨识回来的控制信息,用无模型自适应控制方法设计的控制器具备先进控制器的特征,具有很强的结构自适应和参数自适应。因此,本文对无模型控制方法进行研究探讨,以期推进自动控制理论的发展。

关键词:无模型;自动控制;方法

一、无模型控制思想的产生背景

随着科学技术的快速发展,自动控制理论必将在民用的工业和军事技术产业当中得到了广泛的应用和发展。大型化的工业生产机器和微型化的民用产品是控制科学技术发展的两大趋势,本论文的主要研究内容是针对大型化、复杂化的滞后非线性系统的智能控制。随着各个产业对节能环保的要求越来越高,在化工、炼油、电力、冶金等大型复杂的生产过程中先进的控制系统的使用显得尤为重要。而诸如此类的生产过程都是典型的非线性滞后系统,这些系统具有控制对象不确定性、多个变量、较大的滞后性和强耦合性等共同特点,所以通过获取系统的精确数学模型而进行控制的方法是困难的,即便被控系统数学模型可以建立起来,而一些未建模的动态特性也是不可避免的。这是现代控制理论的不足之处,即在很大程度上依赖于受控系统数学模型结构,如不能建立数学模型那么也就不能进行控制了。在以后的研究中主要集中于对被控对象的建模、自适应控制、系统辨识、鲁棒控制等方向,试图打破传统控制思想的局限,试着针对工业生产过程的特点,力求寻找对数学模型要求不高、辨识计算方便、控制效果好的控制理论和方法。总的来说如果想要解决这个问题,就需要从另外一个角度思索,寻找不同于以往的研究方向,尽量避免过分依赖被控对象数学模型。无模型自适应控制(Model Free Adaptive Control,MFAC)就是为了解决这个现代控制理论的本质问题而产生和发展起来的一种先进的控制理论和方法。无模型自适应控制(MFAC)的实质就是一种在设计控制器的时候不需建立数学模型的自适应控制方法,即控制器的设计过程只使用被控系统的 I/O 数据,控制器中不含有被控对象数学模型的任何信息的控制理论与方法。

二、无模型控制方法的发展现状

无模型控制理论既包含经典控制理论和现代控制理论的优点,又在很大程度上突破了这些理论局限性,创新性的提出来一个全新的控制方法。自从提出以后就受到国内外许多专家和学者的广泛关注。在我国,早期的研究方向是围绕与无模型控制律基本形式有关的问题,这方面的问题最先由韩志刚教授在 1994 年的文献中正式提出的,随后其在文献中又提出了一系列基于功能组合途径上的一种 MFAC 控制方法和应用实例,此处所说的功能组合的意思是指控制

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