自適應控制技術

隨著電力電子技術、微電子技術和信息技術的發展，交流電機驅動控制技術也得到飛速的發展。現代交流傳動控制系統總的發展趨勢是智能化、模塊化、數字化和高頻化。電機控制技術進入了以現代控制理論的應用為特征的新的發展階段。

在日常生活中，所謂自適應是指生物能改變自己的習性以適應新的環境的一種特征。因此，直觀地講，自適應控制器應當是這樣一種控制器，它能修正自己的特性以適應對象和擾動的動態特性的變化。

自適應控制的研究對象是具有一定程度不確定性的系統，這里所謂的“不確定性”是指描述被控對象及其環境的數學模型不是完全確定的，其中包含一些未知因素和隨機因素。 任何一個實際系統都具有不同程度的不確定性，這些不確定性有時表現在系統內部，有時表現在系統的外部。從系統內部來講，描述被控對象的數學模型的結構和參數，設計者事先并不一定能準確知道。作為外部環境對系統的影響，可以等效地用許多擾動來表示。這些擾動通常是不可預測的。此外，還有一些測量時產生的不確定因素進入系統。面對這些客觀存在的各式各樣的不確定性，如何設計適當的控制作用，使得某一指定的性能指標達到并保持最優或者近似最優，這就是自適應控制所要研究解決的問題。

自適應控制和常規的反饋控制和最優控制一樣，也是一種基于數學模型的控制方法，所不同的只是自適應控制所依據的關于模型和擾動的先驗知識比較少，需要在系統的運行過程中去不斷提取有關模型的信息，使模型逐步完善。具體地說，可以依據對象的輸入輸出數據，不斷地辨識模型參數，這個過程稱為系統的在線辯識。隨著生產過程的不斷進行，通過在線辯識，模型會變得越來越準確，越來越接近于實際。既然模型在不斷的改進，顯然，基于這種模型綜合出來的控制作用也將隨之不斷的改進。在這個意義下，控制系統具有一定的適應能力。

比如說，當系統在設計階段，由于對象特性的初始信息比較缺乏，系統在剛開始投入運行時可能性能不理想，但是只要經過一段時間的運行，通過在線辯識和控制以后，控制系統逐漸適應，最終將自身調整到一個滿意的工作狀態。再比如某些控制對象，其特性可能在運行過程中要發生較大的變化，但通過在線辯識和改變控制器參數，系統也能逐漸適應。

常規的反饋控制系統對于系統內部特性的變化和外部擾動的影響都具有一定的抑制能力， 但是由于控制器參數是固定的，所以當系統內部特性變化或者外部擾動的變化幅度很大時，系統的性能常常會大幅度下降，甚至是不穩定。所以對那些對象特性或擾動特性變化范圍很大，同時又要求經常保持高性能指標的一類系統，采取自適應控制是合適的。但是同時也應當指出，自適應控制比常規反饋控制要復雜的多，成本也高的多，因此只是在用常規反饋達不到所期望的性能時，才會考慮采用。

自適應控制常用的控制器

控制器是自適應控制系統的重要基礎，是實現既定控制策略和保障控制性能的重要環節。以下介紹幾種控制器基于線性理論下的控制方法。線性控制的結構如圖4所示

Gf前置濾波器；Gk前向通道控制器；Gp被控過程（對象）Gz反饋環節控制器；n輸出干擾；u控制信號；R參考輸入；y系統輸出

1、一般的線性控制器

一般的控制器可描述為：

2、PID控制器

PID控制器是一種具有固定結構形式的線性控制器，其原理圖如圖5所示

3、對消控制器

控制器的結構圖如圖6所示

非周期控制器 控制的傳遞函數為：

其他控制器預報控制器、最小方差控制器、廣義預報控制器、狀態控制器、狀態觀測器和卡爾曼濾波器和謹慎控制器等 。

自適應控制器的仿真

以應用較為廣泛的自矯正PID控制為例自校正PID控制，實質上是一種極點配置法，就是通過調整PID控制器的結構和參數，使閉環系統的特征多項式變成預定的式子，這種PID控制表達式離原本的PID表達式已經很遠了。自校正離散的PID控制。

輸出的基準與實際輸出對比：

輸入初值u：

參數估計a：

參數估計b

由圖中可以看出，自校正PID控制過程的輸出和參考模型的輸出基本一致，可見該系統取得了較好的控制效果。