Sterowanie adaptacyjne

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Niniejszy artykuł jest częścią cyklu teoria sterowania.

Klasy układów
Układy statyczne - Układy dynamiczne
Układy liniowe - Układy nieliniowe
Układy stacjonarne - Układy niestacjonarne
Układy deterministyczne - Układy stochastyczne
Układy o parametrach skupionych - Układy o parametrach rozłożonych
Układy ciągłe - Układy dyskretne


Wybrane typy regulacji
Regulacja stałowartościowa
Regulacja nadążna
Regulacja optymalna
Regulacja adaptacyjna


Metody klasyczne
Opis typu wejście-wyjście
Stabilność
Transmitancja
Charakterystyki czasowe
Regulacja PID
Charakterystyki częstotliwościowe
Linie pierwiastkowe
Korekcja fazy


Nowoczesna teoria sterowania
Równania stanu - Stan układu
Sterowalność - Przesuwanie biegunów
Regulator liniowo-kwadratowy
Obserwowalność - Obserwator stanu
Filtr Kalmana
Regulator LQG
Sterowanie predykcyjne
Krzepkość - H-nieskończoność


Inne zagadnienia
identyfikacja systemów


Dziedziny powiązane
Teoria układów dynamicznych
Przetwarzanie sygnałów
Sztuczna inteligencja
Teoria decyzji
Metody numeryczne


Perspektywa historyczna
Historia automatyki
Teoretycy sterowania

Sterowanie adaptacyjne - metoda sterowania, w której regulator dopasowuje parametry (które ulegają zmianie lub na początku są niepewne). Przykładowo podczas lotu masa samolotu, na skutek zużycia paliwa, powoli zmniejsza się - potrzebna jest więc zasada sterowania, która sama się dostosuje do takich zmiennych warunków.

Sterowanie adaptacyjne różni się od sterowania krzepkiego w ten sposób, że nie potrzebuje informacji a priori o granicach tych niepewnych lub zmiennych parametrów. Sterowanie krzepkie gwarantuje, że jeśli zmiany leżą w pewnych granicach nie trzeba zmieniać przyjętej zasady sterowania, podczas gdy w przypadku sterowania adaptacyjnego przyjęta zasada sterowania dostosowuje się sama.

Układ regulacji adaptacyjnej jest układem regulacji, w którym nastawy regulatora muszą być każdorazowo dostosowywane (adaptowane), w przypadku zmian właściwości obiektu. Regulator adaptacyjny charakteryzuje się więc nastawialnymi parametrami i zawiera w sobie mechanizm, który pozwala na nastawę tych parametrów. Przykładowo dla regulatora PID, aby zapewnić odpowiednią jakość układu regulacji, można dostosować do zmieniających się właściwości obiektu regulacji: wzmocnienie układu, czas całkowania i czas różniczkowania.

Należy też zauważyć, że z uwagi na na mechanizm adaptacji parametrów regulatory adaptacyjne są regulatorami nieliniowymi.

Historycznie (lata 50. XX wieku) pierwszymi układami o charakterze adaptacyjnym były:

  • układy z regulacją współczynnika wzmocnienia - nie są to jednak układy adaptacyjne w zasadniczym sensie gdyż parametry dostosowuje do przewidywalnej zmienności obiektu lub procesu a nie do nieprzewidywalnych zmian obiektu (czyli nie przeprowadza się tu estymacji parametrów).
  • układy regulacji z modelem (ang. model reference adaptive control, MRAC) - układ regulacji z modelem obiektu, choć może się tak wydawać, również nie jest strukturą adaptacyjną, gdyż w czasie sterowania zarówno algorytm sterowania, jak i jego parametry pozostają stałe mimo zmian parametrów procesu i/lub zakłóceń. Układ regulacji z modelem można sprowadzić do zwykłego układu regulacji ze swego rodzaju fitrem wejściowym.

Z czasem opracowane zostały:

U podstaw teorii sterowania adaptacyjnego leżą zagadnienia związane z estymacją parametrów (zob. też. teoria estymacji). Najbardziej rozpowszechnione metody estymacji parametrów to między innymi: rekurencyjna metoda najmniejszych kwadratów (ang. Recursive Least Squares, RLS, zob też. metoda najmniejszych kwadratów) i metoda gradientu. Obie metody określają zasady sterowania, które wykorzystywane są do modyfikacji estymat w czasie rzeczywistym (to jest w czasie pracy układu). Do wyprowadzenia tych zasad sterowania i określenia ich kryteriów zbieżności (zwykle w oparciu o sygnały wszechpobudzające ang. persistent excitation) wykorzystywane są metody Lapunowa. Dla poprawy krzepkości algorytmów estymacji korzysta się często z rzutowania i normalizacji.

Ogólna klasyfikacja metod sterowania adaptacyjnego[edytuj | edytuj kod]

W ogólności można wyróżnić:

  1. sterowanie adaptacyjne ze sprzężeniem w przód
  2. sterowanie adaptacyjne ze sprzężeniem zwrotnym

W drugiej z powyższych grup można wyróżnić kilka szerokich kategorii adaptacyjnych układów sterowania (poniższe klasyfikacje mają jednak dość luźny charakter):

  • regulatory adaptacyjne dualne (oparte na teorii sterowania dualnego)
    • optymalne regulatory dualne (trudne do zaprojektowania)
    • suboptymalne regulatory dualne
  • regulatory adaptacyjne niedualne
    • regulatory poszukujące ekstremum
    • sterowanie z uczeniem iteracyjnym
    • harmonogramowanie wzmocnienia
    • regulatory adaptacyjne z modelem odniesienia (ujmują model odniesienia definiujący żądane działanie pętli zamkniętej)
      • z optymalizacją gradientu (korzystają z lokalnych reguł w celu dokonania nastawy parametrów gdy wykonanie odbiega od modelu odniesienia)
      • z optymalizowaną stabilnością
    • regulatory adaptacyjne z identyfikacją modelu (wykonują identyfikację układu na bieżąco podczas pracy układu)
      • regulatory adaptacyjne ostrożne (wykorzystują bieżącą identyfikację układu do modyfikacji sterowania, pozwalają przy tym na niepewność identyfikacji)
      • regulatory adaptacyjne z odpowiednikiem pewności (tzw. zasada równoważności ang. certainty equivalent) (przyjmują bieżącą identyfikację układu za układ prawdziwy, zakładają, że nie występuje żadna niepewność)
        • regulatory adaptacyjne nieparametryczne
        • regulatory adaptacyjne parametryczne (w tej kategorii mieszczą się zasadniczo regulatory samonastrajalne)
          • regulatory adaptacyjne parametryczne jawne
          • regulatory adaptacyjne parametryczne niejawne
        • regulatory adaptacyjne parametryczne można rownież podzielić z uwagi na przyjetą metodę:
          • metody bezpośrednie (metody bezpośrednie to te, w których estymowane parametry są używane bezpośrednio w regulatorze adaptacyjnym)
          • metody pośrednie (w metodach pośrednich estymowane parametry używane są do obliczenia potrzebnych parametrów regulatora).

Wymienione wyżej regulatory adaptacyjne parametryczne mogą być implementowane na bazie różnych regulatorów klasycznych:

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

  • Karl Johan Åström, Adaptive Control Around 1960, June 1996, IEEE Control Systems Magazine