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1、第卷第4期控制與決策年T月V4ONTROANDDEIIONJ多模型自適應控制李曉理王偉孫維東北大學自動化研究中心沈陽摘要給出多模型自適應控制產生的背景對模型集的建立多模型控制器的形成以及算法的收斂性和穩(wěn)定性進行了分析介紹了多模型自適應控制在工業(yè)生產過程中的應用和最新研究成果同時提出了存在的問題及進一步發(fā)展方向關鍵詞多模型自適應控制穩(wěn)定性分類號表示一個以模型為元素的模型集該模型集可理引言解為一個廣義的模型集其中既可表示被控對象傳統(tǒng)的自適應控制器設計往往基于一個參數(shù)固模型也可表示不同的狀態(tài)反饋矩陣以及誤差落在定或慢時變的系統(tǒng)模型并假設操作環(huán)境是時不
2、變不同局部區(qū)域或復雜工業(yè)過程的不同操作工序同或慢時變的隨著控制理論的發(fā)展和實際過程控制時定義的需要要求人們設計出適合于復雜系統(tǒng)如系統(tǒng)故障子系統(tǒng)動態(tài)變化傳感器或執(zhí)行器故障外部擾為基于設計的控制器集合其中為基于設動系統(tǒng)參數(shù)變化較大等的控制器對于這種復雜計的控制器被控系統(tǒng)的控制器可表示為的被控系統(tǒng)使用常規(guī)自適應控制器進行控制往往效果不好因為系統(tǒng)從一種操作環(huán)境突變到另一種其中為線性或非線性函數(shù)為參數(shù)向量操作環(huán)境系統(tǒng)的參數(shù)變化很大常規(guī)自適應控制器從早期]的基于后驗概率加權的多中的辨識器難以跟隨參數(shù)的實際變化造成模型不模型控制到近幾年G~]~]等準確從而導
3、致基于此模型設計的控制器性能不佳人的基于模型切換的多模型自適應控制器多模型為此人們提出利用多模型來逼近系統(tǒng)的動態(tài)自適應控制經歷了近年的發(fā)展歷史在理論和實性能再基于多模型設計出多模型自適應控制器從踐方面都取得了許多成果近年來各主要國際控制而對復雜系統(tǒng)進行有效的控制多模型自適應控制雜志如IEEE等以及重要國際的基本思想是用學術會議如D等發(fā)表了很多這方面的文章美國著名學者在4年D大會上發(fā)表的~參數(shù)自適應控制結束還是開始一文國家杰出青年科學基金項目中著重指出是自適應控制的最新發(fā)展方向之一]收稿修回第卷第期李曉理等多模型自適應控制模型集的建立變化的被控對
4、象的控制效果優(yōu)于基于原模型集設計的控制器是以多個模型來逼近系統(tǒng)的不確定性在多個模型的基礎上建立控制器因此所建的模型多模型自適應控制器的構成集以及元素模型的多少將直接影響控制的精度和性能多模型參數(shù)辨識自適應控制與參數(shù)辨識密切相關多模型參數(shù)早期的基于概率加權的多模型控制大多基于這辨識已取得許多成果文獻利用多個遞推最小樣一個前提條件已知被控系統(tǒng)的模型參數(shù)僅在元二乘辨識器的辨識參數(shù)加權和求取被控對象模型參素不多的一個參數(shù)集合中變化這樣便可用有限個數(shù)基于不同模型階次建立多階次模型辨識器模型來描述系統(tǒng)這主要適用于實際過程中被控系可辨識不同階次模型參數(shù)則利用
5、多固定模型統(tǒng)參數(shù)變化和擾動變化分布在離散值上的情況在參數(shù)根據(jù)性能指標動態(tài)調整自適應辨識器初值以實際問題中由于被控系統(tǒng)的外部環(huán)境和系統(tǒng)模型加速辨識參數(shù)的收斂速度多模型辨識對參數(shù)變動參數(shù)變化很大用少量模型已不足以描述因此便出大的被控對象以及一些非線性系統(tǒng)具有良好的效現(xiàn)這樣的問題不用大量的模型系統(tǒng)就無法精確描果述若模型過多則在每一步控制過程中模型集中很大一部分模型與此刻的系統(tǒng)真實模型又相差以加權方式構成基于概率加權的方法最早見于文獻其主甚遠這樣不但造成控制器在計算上的浪費而且要思想是根據(jù)分割定理求解元素模型的后驗概率多余模型的過多競爭也會降低控制器的
6、性能通過概率加權求解被控對象控制器各元素模型為基于上述原因為了獲得性能更好的算法人們開始尋求更有效的具有動態(tài)調整能力的模型集來處理這一問題方法其主要思想是每一其中分別是狀態(tài)向量和觀測時刻只基于模型集中一子集構造控制器并隨時動態(tài)調整此子集使其能覆蓋被控對象真實模型參向量為相互獨立的噪聲干擾基于每個數(shù)而要移動和調整這一子集就要有一個好的決策元素模型設計最優(yōu)控制器則被方案目前較常用的方法有殘差調節(jié)參數(shù)位置調控系統(tǒng)控制器為節(jié)參數(shù)位置速度調節(jié)和概率調節(jié)從系統(tǒng)的穩(wěn)定性出發(fā)設計模型集基于切換其中為每個元素模型的后驗概率是原則文獻給出了多固定模型集基于此模型集
7、設計的控制器可保證閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定將模型參到當前時刻為止所獲得的觀測數(shù)據(jù)這種加權組合的方法在其它領域如最優(yōu)預測數(shù)允許集分割成多個子集從而構成多模型集合狀態(tài)估計也得到了應用加權組合控制器易于實現(xiàn)尤其適合動態(tài)優(yōu)化模型集文獻利用多自適應模型或自適應模型和多固定模型共同組成模型集于工業(yè)應用但其理論還不夠完善如閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)基于固定模型設計的控制器保證響應速度而基于定性很難證明目前也只是對其收斂性進行了研究自適應模型設計的控制器則保證精度對和分析因此這方面的理論研究還需進一步加強所選擇的元素模型添加一輔助輸入量以保證元素基于切換策略構成模型的輸出盡量逼近系統(tǒng)的
8、輸出將系統(tǒng)的模切換策略是一種基于穩(wěn)定條件的控制器切換型參數(shù)空間逐步劃分直到找出包含系統(tǒng)真實模型近年來關于這種的研究成果不斷涌現(xiàn)的最小區(qū)域在此區(qū)域內建立
