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模型参考自适应系统(一):MRAS问题

2019-07-13 21:01发布

参考文献:
自适应控制,K.J.奥斯特隆姆,B.威顿马克.李清泉等译.1992,科学出版社.

4.1引言

MRAS是解决自适应控制问题的主要方法之一。框图如下:
调节器参数根据误差e的情况进行变更。图4.1中一个是内环,它是一个普通的反馈控制回路;另一个是外环,它调整内环中调节器参数。假定内环速度比外环速度快! 该图是Whitaker 1958年提出的MRAS原型,其引入两个概念:
1.系统的性能由参考模型规定;
2.调节器参数按照参考模型与系统之间的误差进行调节。
对象:
针对确定性连续时间系统的伺服控制问题,现扩展到离散时间系统和具有随机扰动的系统。
基本方法:
1.梯度法;2.Lyapunov函数;3.无缘性定理。

4.2 MARS问题

对于一个单输入单输出系统,连续时间模型为: (4.1)y(t)=BAu(t) yleft( t ight) =frac{B}{A}uleft( t ight) ag{4.1} uu为控制信号,yy为输出信号,AABB代表微分算子pp的多项式,或者正向平移算子qq的多项式。假设AABB互质,且deg(AA)>=deg(BB),假设多项式AA首1。 我们需要求得调节器,使得指令信号ucu_c与希望得到的输出信号ymy_m之间的关系: (4.2)ym(t)=BmAmuc(t) y_mleft( t ight) =frac{B_m}{A_m}u_cleft( t ight) ag{4.2} 式中,AmA_mBmB_m是微分算子pp的多项式或正向平移算子qq的多项式。 一般线性控制率可以描述为: (4.3)Ru=TucSy Ru=Tu_c-Sy ag{4.3} 由式(4.1)和式(4.3)消去uu,可得下列闭环系统方程 (4.4)(AR+BS)y=BTuc left( AR+BS ight) y=BTu_c ag{4.4} 将多项式BB分解为 (4.5)B=B+B B=B^+B^- ag{4.5} 其中,B+B^+包含可被对消的因子,BB^-包含B中的其余因子。设B+B^+首一。 由式(4.4)可知,AR+BSAR+BS这个特征多项式,必须把AmBA_mB^-作为自己的因子,并且其次数要高于AmBA_mB^-的次数;特征多项式的其余因子可以表示观测器的动力学特性。故其有三类因子,
1.由B+B^+给出的被对消的过程零点
2.由AmA_m给定的希望的模型极点
3.由观测器多项式AoA_o给出的观测器极点
故,
(4.6)AR+BS=B+AoAm AR+BS=B^+A_oA_m ag{4.6} 以上称为Diophantine方程(或者Bezout恒等式)。B+B^+能够除尽RR,所以有 (4.7)R=B+R1 R=B^+R_1 ag{4.7} B+B^+除尽式(4.6),得 (4.8)AR1+BS=AoAm AR_1+B^-S=A_oA_m ag{4.8} 根据式(4.2)和(4.4),得 (4.9)Bm=BBmT=AoBm B_m=B^-B_{m}^{'} \ T=A_oB^{'}_{m} ag{4.9} 式(4.8)有解的条件: (4.10)degAo2degAdegAmdegB+1 degA_ogeqslant 2degA-degA_m-degB^+-1 ag{4.10}
(4.11)degAmdegBmdegAdegB degA_m-degB_m geqslant degA-degB ag{4.11}