自適應(yīng)控制

內(nèi)容概要

　　《自適應(yīng)控制》是自適應(yīng)控制的基礎(chǔ)教材。全書分成四部分：第1章是引論，對(duì)自適應(yīng)控制做了簡單介紹。第2章和第3章介紹學(xué)習(xí)自適應(yīng)控制必需的線性控制系統(tǒng)理論。緊接著的3章是自適應(yīng)控制的經(jīng)典內(nèi)容，包括遞推最小二乘估計(jì)、模型參考自適應(yīng)控制和自校正調(diào)節(jié)器理論?！蹲赃m應(yīng)控制》遵循自適應(yīng)控制發(fā)展的線索敘述，在講清自適應(yīng)控制經(jīng)典內(nèi)容的基礎(chǔ)上，幫助讀者了解本領(lǐng)域經(jīng)典作者的創(chuàng)造性思維方式。最后3章講述自適應(yīng)觀測(cè)器設(shè)計(jì)、自適應(yīng)跟蹤設(shè)計(jì)和魯棒自適應(yīng)控制。這是自適應(yīng)控制理論中比較新的研究課題，而且研究成果相對(duì)完整，讀者不但可以了解這些領(lǐng)域的主要結(jié)論和主要研究方法，而且可以由此體會(huì)科學(xué)研究是怎樣逐步深入展開的。附錄給出隨機(jī)過程的基礎(chǔ)知識(shí)，有助于讀者理解書中提及的有關(guān)隨機(jī)變量和隨機(jī)過程的基本概念和基本結(jié)論。
　　全書內(nèi)容相對(duì)完整，講述循序漸進(jìn)，論證深入淺出，語言簡潔明了，對(duì)初學(xué)者容易產(chǎn)生困難的地方都有比較細(xì)致的詮釋。
　　《自適應(yīng)控制》前6章內(nèi)容可以作為自動(dòng)控制專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課教材，后3章內(nèi)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(dòng)控制教學(xué)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(xué)數(shù)學(xué)系，獲理學(xué)學(xué)士；1988年畢業(yè)于華東化工學(xué)院自動(dòng)化研究所，獲工學(xué)博士。1988年至1990年在上海交通大學(xué)從事博士后研究。1990年任上海交通大學(xué)副教授，1992年晉升為教授，1993年國務(wù)院學(xué)位委員會(huì)批準(zhǔn)為博士生導(dǎo)師。長期從事自動(dòng)控制系統(tǒng)理論與設(shè)計(jì)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(xué)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(shù)學(xué)方法談》（上海交大出版社，2006），《科學(xué)研究的道德與規(guī)范》（合作者：馮堅(jiān)，王英萍，上海交大出版社，2007）。在自動(dòng)控制理論與應(yīng)用領(lǐng)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(xué)數(shù)學(xué)系，獲理學(xué)碩士；1994年獲上海交通大學(xué)工學(xué)博士。1992年任中國計(jì)量學(xué)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(xué)數(shù)學(xué)系，1981年獲華東師范大學(xué)數(shù)學(xué)系控制理論方向理學(xué)碩士學(xué)位。1988年任華東師范大學(xué)副教授，1996年晉升為教授，控制論與運(yùn)籌學(xué)博士生導(dǎo)師。自碩士期間開始控制理論研究，對(duì)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(xué)》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(yīng)控制　
　1.2　兩種主要的自適應(yīng)控制技術(shù)　
　1.3　自適應(yīng)控制研究的主要問題　
　1.4　自適應(yīng)控制系統(tǒng)的歷史　
第2章　線性控制系統(tǒng)　
　2.1　數(shù)學(xué)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(duì)偶性　
　　2.2.4　線性控制系統(tǒng)的kalman分解　
　2.3　極點(diǎn)配置和觀測(cè)器設(shè)計(jì)　
　　2.3.1　線性控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)型　
　　2.3.2　線性控制系統(tǒng)的極點(diǎn)配置　
　　2.3.3　線性控制系統(tǒng)的漸近狀態(tài)觀測(cè)器　
　　2.3.4　線性控制系統(tǒng)的分離設(shè)計(jì)　
　2.4　實(shí)現(xiàn)理論　
　　2.4.1　線性控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)理論　
　　2.4.2　線性控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)算法　
　練習(xí)　
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(jù)　
　　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(shí)函數(shù)和正實(shí)函數(shù)性質(zhì)　
　　3.3.3　正實(shí)矩陣和正實(shí)性引理　
　　3.3.4　超穩(wěn)定性判據(jù)　
　　3.3.5　離散系統(tǒng)的正實(shí)性　
　練習(xí)　
第4章　系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)　
　4.1　最小二乘估計(jì)　
　　4.1.1　最小二乘估計(jì)問題的提法　
　　4.1.2　遞推最小二乘估計(jì)　
　　4.1.3　指數(shù)加權(quán)遞推最小二乘估計(jì)　
　4.2　最小二乘估計(jì)的統(tǒng)計(jì)特征　
　　4.2.1　最小二乘估計(jì)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)　
　　4.2.2　殘差的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)　
　　4.2.3　計(jì)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(jì)算　
　練習(xí)　
第5章　模型參考自適應(yīng)控制　
　5.1　基于頻域模型的模型參考自適應(yīng)控制　
　　5.1.1　問題的描述　
　　5.1.2　對(duì)象模型已知的模型參考控制器設(shè)計(jì)　
　　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(yīng)控制　
　　5.2.1　應(yīng)用狀態(tài)空間的模型參考自適應(yīng)控制器的設(shè)計(jì)　
　　5.2.2　應(yīng)用增廣誤差的模型參考自適應(yīng)控制器的設(shè)計(jì)　
　5.3　基于誤差模型的模型參考自適應(yīng)控制　
　　5.3.1　誤差模型和標(biāo)稱系統(tǒng)　
　　5.3.2　應(yīng)用誤差模型的自適應(yīng)律　
　　5.3.3　n—m≥2時(shí)的修正　
　5.4　離散系統(tǒng)的模型參考自適應(yīng)控制　
　　5.4.1　應(yīng)用誤差模型的離散系統(tǒng)模型參考自適應(yīng)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(yīng)控制　
　練習(xí)　
第6章　自校正調(diào)節(jié)器　
　6.1　最小方差預(yù)報(bào)和最小方差控制　
　　6.1.1　最小方差預(yù)報(bào)　
　　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(diào)節(jié)器　
　　6.2.1　自校正調(diào)節(jié)器算法　
　　6.2.2　自校正調(diào)節(jié)器的漸近性質(zhì)　
　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(yù)報(bào)　
　　6.3.3　廣義最小方差控制　
　　6.3.4　關(guān)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(diào)節(jié)器　
　練習(xí)　
第7章　自適應(yīng)觀測(cè)器　
　7.1　參數(shù)模型和持續(xù)激勵(lì)　
　　7.1.1　參數(shù)化模型　
　　7.1.2　持續(xù)激勵(lì)信號(hào)　
　7.2　指數(shù)型狀態(tài)觀測(cè)器　
　　7.2.1　指數(shù)收斂狀態(tài)觀測(cè)器的構(gòu)造　
　　7.2.2　收斂性的證明　
　7.3　非線性系統(tǒng)自適應(yīng)狀態(tài)觀測(cè)器　
　　7.3.1　問題的描述　
　　7.3.2　濾波器和反饋正實(shí)性　
　　7.3.3　自適應(yīng)狀態(tài)觀測(cè)器　
　練習(xí)　
第8章　非線性系統(tǒng)自適應(yīng)跟蹤控制　
　8.1　狀態(tài)反饋的自適應(yīng)跟蹤控制　
　　8.1.1　問題的描述　
　　8.1.2　控制器設(shè)計(jì)　
　　8.1.3　穩(wěn)定性討論　
　8.2　輸出反饋的自適應(yīng)跟蹤控制　
　　8.2.1　問題的描述　
　　8.2.2　動(dòng)態(tài)輸出補(bǔ)償　
　　8.2.3　相對(duì)階為1的情形　
　　8.2.4　相對(duì)階為ρ的情形　
　　8.2.5　相對(duì)階為ρ時(shí)的穩(wěn)定性討論　
　8.3　參數(shù)不確定系統(tǒng)的自適應(yīng)控制　
　　8.3.1　問題的描述　
　　8.3.2　控制器構(gòu)造　
　　8.3.3　穩(wěn)定性證明　
　練習(xí)　
第9章　魯棒自適應(yīng)控制　
　9.1　一個(gè)例子　
　9.2　模型參考魯棒自適應(yīng)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(yīng)律　
　9.3　魯棒自適應(yīng)控制的穩(wěn)定性分析　
　　9.3.1　w(s)嚴(yán)格正實(shí)時(shí)的穩(wěn)定性分析　
　　9.3.2　w(s)非嚴(yán)格正實(shí)時(shí)的穩(wěn)定性分析　
　9.4　基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)控制　
　　9.4.1　問題的描述　
　　9.4.2　預(yù)備知識(shí)　
　　9.4.3　時(shí)變信號(hào)跟蹤　
　　9.4.4　應(yīng)用反步法的設(shè)計(jì)　
　練習(xí)　
附錄a　概率論和隨機(jī)過程基礎(chǔ)　
　a.1　概率和隨機(jī)變量　
　a.2　隨機(jī)過程　
　a.3　隨機(jī)序列的收斂性　
　a.4　線性離散時(shí)間系統(tǒng)分析　
　a.5　各態(tài)歷經(jīng)性　
參考文獻(xiàn)　
索引

章節(jié)摘錄

　　所謂控制就是迫使被控對(duì)象按照控制者的意愿行事，實(shí)現(xiàn)控制者的愿望。自動(dòng)控制就是在控制的過程中不再需要人——控制者的干預(yù)，對(duì)象在控制器的操縱下能夠按照預(yù)定的規(guī)律自行地實(shí)現(xiàn)控制者的愿望。事先控制規(guī)律的設(shè)計(jì)和控制器的制作是必須有人干預(yù)的，自動(dòng)是指一旦設(shè)定了規(guī)律、造出了控制器，就不需要控制者再干預(yù)，被控對(duì)象會(huì)按照設(shè)計(jì)的規(guī)則自行運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)控制者的愿望?！　∪欢?，對(duì)象不是一成不變的，時(shí)間的推移、元件的老化、環(huán)境的變遷，變化是必然的。這會(huì)導(dǎo)致原先設(shè)計(jì)所依賴的模型變得不準(zhǔn)確了，還會(huì)導(dǎo)致原先允許忽略的因素成為至關(guān)重要了。變化的對(duì)象，不變的控制規(guī)律，常人就能感覺到不合適，理論家更會(huì)嗤之違背唯物主義。變化的對(duì)象破壞了控制者的愿望，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的控制目標(biāo)就成為不現(xiàn)實(shí)了。于是一個(gè)自然而然的問題是如何對(duì)付對(duì)象的這種變化?！　】刂乒ぷ髡邔?duì)待沒有實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)的根本法寶是反饋。有人說過，學(xué)習(xí)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(xiàn)象，但是不考慮反饋就是不正常了。反饋的基礎(chǔ)是偏差，利用預(yù)定目標(biāo)和實(shí)際目標(biāo)之間的偏差來修正偏差，最好最終能消除偏差?！　」こ讨?，控制工作者有兩種措施對(duì)待這種變化。一種“以不變應(yīng)萬變”，控制理論中稱為“魯棒控制”，“魯棒”兩個(gè)字主要來自英文robust的音譯，兩個(gè)字拆單看也正好都有強(qiáng)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(duì)象的變化。盡管你變，總逃不出我的手心，對(duì)象還會(huì)達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)；或者即使有點(diǎn)偏差，也在允許范圍之內(nèi)。注意這里沒有適應(yīng)對(duì)象變化的反饋！可以想象，如果對(duì)象變化范圍不大，魯棒控制會(huì)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(xiàn)的，例如“嫦娥一號(hào)”的奔月，一旦失去進(jìn)入月球引力區(qū)機(jī)會(huì)，飛船就會(huì)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(diǎn)“玄”？于是魯棒控制轉(zhuǎn)而考慮“怎樣的控制在對(duì)象變化時(shí)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(biāo)問題中，折中是必需的。

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無

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