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具有未建模动态系统的自适应控制

作　者: 彭昕
导　师: 金炜东
学　校: 西南交通大学
专　业: 电气系统控制与信息技术
关键词: 未建模动态 自适应 模型参考 外环补偿 车辆半主动悬挂控制
分类号: TP273.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


实际的控制系统中,通常都存在未建模动态的成分,在处理这些未建模动态成分时,如果只是简单的将其忽略掉,在较理想的情况下进行控制器的设计,其实际的控制往往达不到预期的效果。为了将针对模型设计的控制器更好的运用于实际系统,就需要在控制器设计时,对未建模动态进行考虑和处理。然而未建模动态具有高度的不确定性,这给控制器的设计带来困难。本文针对此问题展开研究。本文首先从系统辨识的角度分析系统未建模的存在性,在此基础上给出处理未建模动态所用的方法,即强行建模法和信号补偿法,并作具体分析。利用模型参考自适应控制处理系统可能存在的两种(相乘和相加)未建模动态成分。先针对只有相乘未建模动态,在本文假设的情况下,分别利用局部参数最优理论和Lyapunov稳定性理论第二方法设计模型参考自适应控制方案,所设计出的控制器对系统相乘未建模动态有一定的抑制作用。然后,研究同时含有两种未建模动态成分的被控系统,利用混合自适应控制进行处理,为达到控制参数快速调整的效果,并引入(?)校正混合自适应控制。实际控制过程中,为更好地处理系统未建模动态,本文基于一种非参数模型(NARX模型)进行分析,将其中一阶线性部分分离出来,按照一般的线性反馈控制的方法进行处理,将NARX模型中的其它项看成未建模动态,设计出一种不依赖系统数学模型的外环补偿控制方案,这种控制方案对系统的未建模动态起到很好的抑制作用。本文证明此种外环补偿控制方案具有稳定性和收敛性,并将其扩展到整个NARX模型的处理,使外环补偿控制方案在实际应用中更加广泛和方便。本文对一个实际的车辆横向半主动悬挂控制系统进行MATLAB仿真实验。由于车辆横向运动系统中存在很多未知或不可估的未建模动态,针对此种情况,先利用模型参考自适应控制进行处理,然后加上一个基于非参数模型的补偿外环,不仅能处理系统中各种未建模动态,且能很好地抑制由参数不确定和随机扰动对系统造成的影响。通过仿真实验,验证本文给出的控制方案具有稳定性和鲁棒性。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-10
第1章 绪论  10-14
  1.1 自适应控制及其发展现状  10-11
  1.2 未建模动态及其发展现状  11-12
  1.3 车辆横向半主动悬挂控制问题提出  12-13
  1.4 本文所做的工作  13-14
第2章 基本理论  14-27
  2.1 系统辨识理论  14-16
    2.1.1 模型的表现形式  14
    2.1.2 辨识建模  14-15
    2.1.3 辨识内容和步骤  15-16
    2.1.4 最小二乘辨识方法  16
  2.2 系统稳定性理论  16-20
    2.2.1 外部稳定性  17
    2.2.2 内部稳定性的一般概念  17-18
    2.2.3 Lyapunov意义下的稳定性  18-19
    2.2.4 Lyapunov稳定性理论  19-20
  2.3 车辆动力系统模型和车辆稳定性评价指标  20-26
    2.3.1 车辆系统运动分析  20-22
    2.3.2 车辆系统振动模型  22-25
    2.3.3 车辆运行平稳性评价指标  25-26
  2.4 小结  26-27
第3章 未建模动态  27-33
  3.1 系统不稳定性及未建模动态  27-28
  3.2 系统未建模动态项的存在  28-30
  3.3 系统辨识时未建模动态的处理  30-32
    3.3.1 强行建模法  30-31
    3.3.2 信号补偿法  31-32
  3.4 小结  32-33
第4章 具有未建模动态系统的模型参考自适应控制  33-46
  4.1 模型参考自适应控制处理未建模动态的设计思想  33-35
  4.2 针对相乘未建模动态的模型参考自适应控制的设计  35-40
  4.3 同时含有两种未建模动态的混合自适应控制的设计  40-45
  4.4 小结  45-46
第5章 外环补偿自适应控制方案  46-57
  5.1 含有未建模动态系统的NARX模型表示  46
  5.2 反馈内环的设计  46-48
  5.3 外环补偿控制器的设计  48-56
    5.3.1 一种非线性未建模动态项的折线化  48-50
    5.3.2 基于学习自适应的外环补偿控制器的设计  50-52
    5.3.3 外环补偿控制算法的收敛性和稳定性分析  52-55
    5.3.4 外环补偿控制的扩展  55-56
  5.4 小结  56-57
第6章 车辆横向振动半主动悬挂控制的仿真实验  57-64
  6.1 车辆横向振动半主动悬挂控制仿真实验系统的设计  57-58
  6.2 仿真实验数据  58-63
  6.3 仿真实验结果分析  63
  6.4 小结  63-64
结论与展望  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-70
附录  70-72
作者在读期间科研成果简介  72-73

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统 > 自适应（自整定）控制、自适应控制（自整定）系统
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