自適應控制

內容概要

　　《自適應控制》是自適應控制的基礎教材。全書分成四部分：第1章是引論，對自適應控制做了簡單介紹。第2章和第3章介紹學習自適應控制必需的線性控制系統(tǒng)理論。緊接著的3章是自適應控制的經典內容，包括遞推最小二乘估計、模型參考自適應控制和自校正調節(jié)器理論。《自適應控制》遵循自適應控制發(fā)展的線索敘述，在講清自適應控制經典內容的基礎上，幫助讀者了解本領域經典作者的創(chuàng)造性思維方式。最后3章講述自適應觀測器設計、自適應跟蹤設計和魯棒自適應控制。這是自適應控制理論中比較新的研究課題，而且研究成果相對完整，讀者不但可以了解這些領域的主要結論和主要研究方法，而且可以由此體會科學研究是怎樣逐步深入展開的。附錄給出隨機過程的基礎知識，有助于讀者理解書中提及的有關隨機變量和隨機過程的基本概念和基本結論。
　　全書內容相對完整，講述循序漸進，論證深入淺出，語言簡潔明了，對初學者容易產生困難的地方都有比較細致的詮釋。
　　《自適應控制》前6章內容可以作為自動控制專業(yè)本科生的專業(yè)基礎課教材，后3章內容可以作為選修課或者碩士研究生的教材，全書也可供從事自動控制教學和科研工作的人員參考。

作者簡介

　　韓正之，1947年7月生。1982年畢業(yè)于華東師范大學數學系，獲理學學士；1988年畢業(yè)于華東化工學院自動化研究所，獲工學博士。1988年至1990年在上海交通大學從事博士后研究。1990年任上海交通大學副教授，1992年晉升為教授，1993年國務院學位委員會批準為博士生導師。長期從事自動控制系統(tǒng)理論與設計研究，曾與人合作提出了線性控制系統(tǒng)的（A，B）特征子空間理論。主要著作有《線性系統(tǒng)的（A，B）特征子空間與大系統(tǒng)分散控制》（科學出版社，1993），《線性系統(tǒng)控制理論》（合作者：陳樹中，胡啟迪，華東師大出版社，2000），《通向完美的橋梁·數學方法談》（上海交大出版社，2006），《科學研究的道德與規(guī)范》（合作者：馮堅，王英萍，上海交大出版社，2007）。在自動控制理論與應用領域發(fā)表論文200余篇。　　陳彭年，1948年生。1982年畢業(yè)于廈門大學數學系，獲理學碩士；1994年獲上海交通大學工學博士。1992年任中國計量學院副教授，1997年晉升為教授。主要從事非線性系統(tǒng)控制理論和穩(wěn)定性理論的研究。發(fā)表論文80余篇。　　陳樹中，1943年2月生。1965年畢業(yè)于南京大學數學系，1981年獲華東師范大學數學系控制理論方向理學碩士學位。1988年任華東師范大學副教授，1996年晉升為教授，控制論與運籌學博士生導師。自碩士期間開始控制理論研究，對線性系統(tǒng)控制理論頗有造詣，發(fā)表論文50余篇。曾在“中國科學》發(fā)表《受限Morgan問題》（1996）等，著有《線性系統(tǒng)控制理論》（合作者：韓正之，胡啟迪，華東師大出版社）。

書籍目錄

第1章　引論　
　1.1　什么是自適應控制　
　1.2　兩種主要的自適應控制技術　
　1.3　自適應控制研究的主要問題　
　1.4　自適應控制系統(tǒng)的歷史　
第2章　線性控制系統(tǒng)　
　2.1　數學描述　
　　2.1.1　線性控制系統(tǒng)的輸入輸出描述　
　　2.1.2　線性控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述　
　2.2　能控性和能觀性　
　　2.2.1　線性控制系統(tǒng)的能控性　
　　2.2.2　線性控制系統(tǒng)的能觀性　
　　2.2.3　線性控制系統(tǒng)的對偶性　
　　2.2.4　線性控制系統(tǒng)的kalman分解　
　2.3　極點配置和觀測器設計　
　　2.3.1　線性控制系統(tǒng)的標準型　
　　2.3.2　線性控制系統(tǒng)的極點配置　
　　2.3.3　線性控制系統(tǒng)的漸近狀態(tài)觀測器　
　　2.3.4　線性控制系統(tǒng)的分離設計　
　2.4　實現理論　
　　2.4.1　線性控制系統(tǒng)實現理論　
　　2.4.2　線性控制系統(tǒng)實現算法　
　練習　
第3章　控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性　
　3.1　穩(wěn)定性的定義　
　　3.1.1　lyapunov穩(wěn)定性定義　
　　3.1.2　輸入輸出穩(wěn)定性定義　
　3.2　穩(wěn)定性判據　
　　3.2.1　lyapunov定理　
　　3.2.2　線性連續(xù)系統(tǒng)的lyapunov穩(wěn)定性　
　　3.2.3　線性離散系統(tǒng)工程的lyapunov穩(wěn)定性　
　　3.2.4　barbalat引理　
　3.3　超穩(wěn)定性理論　
　　3.3.1　控制系統(tǒng)的超穩(wěn)定性　
　　3.3.2　正實函數和正實函數性質　
　　3.3.3　正實矩陣和正實性引理　
　　3.3.4　超穩(wěn)定性判據　
　　3.3.5　離散系統(tǒng)的正實性　
　練習　
第4章　系統(tǒng)參數辨識　
　4.1　最小二乘估計　
　　4.1.1　最小二乘估計問題的提法　
　　4.1.2　遞推最小二乘估計　
　　4.1.3　指數加權遞推最小二乘估計　
　4.2　最小二乘估計的統(tǒng)計特征　
　　4.2.1　最小二乘估計的統(tǒng)計性質　
　　4.2.2　殘差的統(tǒng)計性質　
　　4.2.3　計算順序　
　4.3　廣義最小二乘法　
　　4.3.1　問題的提出　
　　4.3.2　廣義最小二乘法的計算　
　練習　
第5章　模型參考自適應控制　
　5.1　基于頻域模型的模型參考自適應控制　
　　5.1.1　問題的描述　
　　5.1.2　對象模型已知的模型參考控制器設計　
　　5.1.3　mit方案　
　5.2　基于狀態(tài)空間模型的模型參考自適應控制　
　　5.2.1　應用狀態(tài)空間的模型參考自適應控制器的設計　
　　5.2.2　應用增廣誤差的模型參考自適應控制器的設計　
　5.3　基于誤差模型的模型參考自適應控制　
　　5.3.1　誤差模型和標稱系統(tǒng)　
　　5.3.2　應用誤差模型的自適應律　
　　5.3.3　n—m≥2時的修正　
　5.4　離散系統(tǒng)的模型參考自適應控制　
　　5.4.1　應用誤差模型的離散系統(tǒng)模型參考自適應控制　
　　5.4.2　基于超穩(wěn)定性的離散系統(tǒng)模型參考自適應控制　
　練習　
第6章　自校正調節(jié)器　
　6.1　最小方差預報和最小方差控制　
　　6.1.1　最小方差預報　
　　6.1.2　最小方差控制　
　　6.1.3　最小方差控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性　
　6.2　自校正調節(jié)器　
　　6.2.1　自校正調節(jié)器算法　
　　6.2.2　自校正調節(jié)器的漸近性質　
　6.3　廣義最小方差的自校正控制器　
　　6.3.1　問題的描述　
　　6.3.2　廣義最小方差預報　
　　6.3.3　廣義最小方差控制　
　　6.3.4　關于閉環(huán)穩(wěn)定性的討論　
　　6.3.5　自校正控制器的遞推算法　
　6.4　多變量自校正系統(tǒng)　
　　6.4.1　多變量最小方差控制器　
　　6.4.2　閉環(huán)的穩(wěn)定性　
　　6.4.3　多變量自校正調節(jié)器　
　練習　
第7章　自適應觀測器　
　7.1　參數模型和持續(xù)激勵　
　　7.1.1　參數化模型　
　　7.1.2　持續(xù)激勵信號　
　7.2　指數型狀態(tài)觀測器　
　　7.2.1　指數收斂狀態(tài)觀測器的構造　
　　7.2.2　收斂性的證明　
　7.3　非線性系統(tǒng)自適應狀態(tài)觀測器　
　　7.3.1　問題的描述　
　　7.3.2　濾波器和反饋正實性　
　　7.3.3　自適應狀態(tài)觀測器　
　練習　
第8章　非線性系統(tǒng)自適應跟蹤控制　
　8.1　狀態(tài)反饋的自適應跟蹤控制　
　　8.1.1　問題的描述　
　　8.1.2　控制器設計　
　　8.1.3　穩(wěn)定性討論　
　8.2　輸出反饋的自適應跟蹤控制　
　　8.2.1　問題的描述　
　　8.2.2　動態(tài)輸出補償　
　　8.2.3　相對階為1的情形　
　　8.2.4　相對階為ρ的情形　
　　8.2.5　相對階為ρ時的穩(wěn)定性討論　
　8.3　參數不確定系統(tǒng)的自適應控制　
　　8.3.1　問題的描述　
　　8.3.2　控制器構造　
　　8.3.3　穩(wěn)定性證明　
　練習　
第9章　魯棒自適應控制　
　9.1　一個例子　
　9.2　模型參考魯棒自適應控制　
　　9.2.1　不確定性的分類　
　　9.2.2　魯棒性問題的描述　
　　9.2.3　誤差模型　
　　9.2.4　魯棒自適應律　
　9.3　魯棒自適應控制的穩(wěn)定性分析　
　　9.3.1　w(s)嚴格正實時的穩(wěn)定性分析　
　　9.3.2　w(s)非嚴格正實時的穩(wěn)定性分析　
　9.4　基于人工神經網絡的自適應控制　
　　9.4.1　問題的描述　
　　9.4.2　預備知識　
　　9.4.3　時變信號跟蹤　
　　9.4.4　應用反步法的設計　
　練習　
附錄a　概率論和隨機過程基礎　
　a.1　概率和隨機變量　
　a.2　隨機過程　
　a.3　隨機序列的收斂性　
　a.4　線性離散時間系統(tǒng)分析　
　a.5　各態(tài)歷經性　
參考文獻　
索引

章節(jié)摘錄

　　所謂控制就是迫使被控對象按照控制者的意愿行事，實現控制者的愿望。自動控制就是在控制的過程中不再需要人——控制者的干預，對象在控制器的操縱下能夠按照預定的規(guī)律自行地實現控制者的愿望。事先控制規(guī)律的設計和控制器的制作是必須有人干預的，自動是指一旦設定了規(guī)律、造出了控制器，就不需要控制者再干預，被控對象會按照設計的規(guī)則自行運作，實現控制者的愿望?！　∪欢?，對象不是一成不變的，時間的推移、元件的老化、環(huán)境的變遷，變化是必然的。這會導致原先設計所依賴的模型變得不準確了，還會導致原先允許忽略的因素成為至關重要了。變化的對象，不變的控制規(guī)律，常人就能感覺到不合適，理論家更會嗤之違背唯物主義。變化的對象破壞了控制者的愿望，實現預定的控制目標就成為不現實了。于是一個自然而然的問題是如何對付對象的這種變化。　　控制工作者對待沒有實現預定目標的根本法寶是反饋。有人說過，學習控制的人可以忘記一切但不能忘記反饋。反饋不僅是一種方法，而且是一種思想，存在偏差是正?，F象，但是不考慮反饋就是不正常了。反饋的基礎是偏差，利用預定目標和實際目標之間的偏差來修正偏差，最好最終能消除偏差。　　工程中，控制工作者有兩種措施對待這種變化。一種“以不變應萬變”，控制理論中稱為“魯棒控制”，“魯棒”兩個字主要來自英文robust的音譯，兩個字拆單看也正好都有強壯的意思。魯棒控制的精髓是：控制者制定的控制律足以抵御對象的變化。盡管你變，總逃不出我的手心，對象還會達到預定的目標；或者即使有點偏差，也在允許范圍之內。注意這里沒有適應對象變化的反饋！可以想象，如果對象變化范圍不大，魯棒控制會奏效；如果變化很大，原有的控制律真的還有效嗎？很多控制過程是不可再現的，例如“嫦娥一號”的奔月，一旦失去進入月球引力區(qū)機會，飛船就會掉人太空而不知所終。從萬無一失的角度講，這種魯棒控制是否有點“玄”？于是魯棒控制轉而考慮“怎樣的控制在對象變化時損失最??？”成為一種“最大最小”①的博弈。這是一種折中，在很多多目標問題中，折中是必需的。

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