自適應(yīng)控制與應(yīng)用

前言

　　自適應(yīng)控制是在控制方式的發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)生的，為了解決實(shí)際問(wèn)題，控制方式從古典控制方式中的開(kāi)環(huán)控制發(fā)展到閉環(huán)控制，一直到現(xiàn)代控制方式中的最優(yōu)控制發(fā)展到容錯(cuò)控制、魯棒控制、自適應(yīng)控制、智能控制?！　∽赃m應(yīng)控制技術(shù)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，形成了一股強(qiáng)大的研究陣營(yíng)，現(xiàn)今控制界的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)60％都與自適應(yīng)有關(guān)。目前，自適應(yīng)控制技術(shù)的發(fā)展基本呈現(xiàn)出三大研究方向：①加大了自適應(yīng)控制技術(shù)的控制方式的基礎(chǔ)性研究；②將自適應(yīng)控制技術(shù)與其他科學(xué)技術(shù)進(jìn)行融合以改善控制效果；③將自適應(yīng)控制技術(shù)投入實(shí)際運(yùn)用，并且運(yùn)用到各行各業(yè)中，不局限于以往的自然科學(xué)領(lǐng)域，擴(kuò)大自適應(yīng)控制應(yīng)用的范圍，使自適應(yīng)控制從實(shí)踐一理論一實(shí)踐的循環(huán)往復(fù)的發(fā)展中前進(jìn)。　　隨著自適應(yīng)控制基礎(chǔ)性研究成果的日漸成熟以及自適應(yīng)技術(shù)與相關(guān)技術(shù)融合的活躍，自適應(yīng)控制應(yīng)用性研究非常熱門(mén)。自適應(yīng)控制技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，從開(kāi)始的航空、航海、電力拖動(dòng)等領(lǐng)域逐漸向其他工業(yè)部門(mén)擴(kuò)展，并逐漸被市場(chǎng)所認(rèn)可，隨著自適應(yīng)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，自適應(yīng)控制技術(shù)漸漸向非自然科學(xué)領(lǐng)域滲透，人文科學(xué)、管理科學(xué)以及藝術(shù)領(lǐng)域都有涉及，近年來(lái)成果卓著?！　「叩葘W(xué)校為了適應(yīng)目前市場(chǎng)需求，正著力培養(yǎng)復(fù)合型人才，尤其南京航空航天大學(xué)是一所以工科為基礎(chǔ)的多科型綜合性大學(xué)，具有跨學(xué)科領(lǐng)域特性的通識(shí)教育課程對(duì)本科教學(xué)計(jì)劃中的課程設(shè)置更具重要參考意義。以自然科學(xué)類課程自適應(yīng)控制為基礎(chǔ)，在跨學(xué)科領(lǐng)域推廣自適應(yīng)控制技術(shù)，以自適應(yīng)控制與應(yīng)用為龍頭通識(shí)教育課程，加以自適應(yīng)控制、自適應(yīng)與管理控制等課程，逐步形成跨學(xué)科課程知識(shí)體系，尤其將自適應(yīng)控制與應(yīng)用建設(shè)成通識(shí)教育課程面向全校本科生開(kāi)課。使工科學(xué)生開(kāi)拓視野在各個(gè)領(lǐng)域中充分運(yùn)用自適應(yīng)控制知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，同時(shí)也可使其他學(xué)科領(lǐng)域的學(xué)生充分運(yùn)用自適應(yīng)控制知識(shí)解決各自研究領(lǐng)域中的疑難問(wèn)題。本書(shū)就是在這個(gè)背景下編寫(xiě)的。

內(nèi)容概要

本書(shū)比較全面地闡述了自適應(yīng)控制的基本理論與應(yīng)用。全書(shū)共分10章，前6章著重介紹自適應(yīng)控制的基本原理及應(yīng)用；對(duì)于目前自適應(yīng)控制技術(shù)漸漸向非自然科學(xué)領(lǐng)域滲透的趨勢(shì)，后4章主要介紹了自適應(yīng)控制在人文科學(xué)、管理科學(xué)以及藝術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。書(shū)末給出兩個(gè)附錄，可供讀者在學(xué)習(xí)本書(shū)的過(guò)程中查詢之用。    本書(shū)精選了自適應(yīng)控制的基本理論，深入淺出地介紹了自適應(yīng)控制的基本概念，自適應(yīng)控制中的系統(tǒng)建模；比較全面地闡述了自適應(yīng)控制理論中的模型參考自適應(yīng)控制方法以及自校正控制方法。其中模型參考自適應(yīng)控制方法中主要介紹了MIT方案、基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論設(shè)計(jì)MRAC系統(tǒng)、基于超穩(wěn)定性理論設(shè)計(jì)MRAC系統(tǒng)；自校正控制方法中主要介紹了自校正調(diào)節(jié)器、自校正控制器、自校正調(diào)節(jié)器的極點(diǎn)配置與自校正控制器的極點(diǎn)配置。后4章分別介紹了自適應(yīng)控制在城市道路交通管理、人力資源管理、歌唱藝術(shù)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。書(shū)末給出兩個(gè)附錄，附錄1介紹了五個(gè)自適應(yīng)控制技術(shù)的綜合應(yīng)用實(shí)例，附錄2給出了八套歷年考試試題及參考答案。    本書(shū)可作為高等工業(yè)院校自動(dòng)控制、工業(yè)自動(dòng)化、電氣自動(dòng)化、機(jī)械、動(dòng)力、冶金、管理等專業(yè)的教科書(shū)；亦可供從事自動(dòng)控制類的各專業(yè)工程技術(shù)人員以及對(duì)自適應(yīng)控制感興趣的讀者自學(xué)。

書(shū)籍目錄

第一章 自動(dòng)控制基礎(chǔ)  1.1 自動(dòng)控制概述  1.2 經(jīng)典控制理論發(fā)展歷程    1.2.1 穩(wěn)定性理論的早期發(fā)展    1.2.2 負(fù)反饋放大器及頻域理論的建立    1.2.3 根軌跡法的建立    1.2.4 脈沖控制理論的建立與發(fā)展  1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與控制方式    1.3.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成    1.3.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本控制方式    1.3.3 不同輸入信號(hào)作用下的控制方式  1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的建模    1.4.1 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型    1.4.2 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立  1.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能    1.5.1 對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求    1.5.2 控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)  1.6 現(xiàn)代控制理論的發(fā)展第二章 自適應(yīng)控制概述  2.1 自適應(yīng)控制的產(chǎn)生  2.2 自適應(yīng)控制的定義  2.3 自適應(yīng)控制的基本原理和類型    2.3.1 自適應(yīng)控制的基本原理    2.3.2 按自適應(yīng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式分類    2.3.3 按干擾影響分類  2.4 自適應(yīng)控制的理論問(wèn)題  2.5 自適應(yīng)控制的應(yīng)用概況  2.6 自適應(yīng)控制的國(guó)內(nèi)外最新研究進(jìn)展第三章 用局部參數(shù)最優(yōu)化理論設(shè)計(jì)模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)  3.1 引言  3.2 模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述    3.2.1 用狀態(tài)方程描述模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)    3.2.2 用輸入輸出方程描述模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)    3.2.3 模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)的誤差方程  3.3 模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的假設(shè)條件  3.4 具有可調(diào)增益的模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（MIT方案）     3.4.1 MIT方案問(wèn)題提出    3.4.2 MIT方案自適應(yīng)控制律推導(dǎo)    3.4.3 MIT方案存在的問(wèn)題    3.4.4 MIT方案數(shù)字算例    3.4.5 MIT方案應(yīng)用實(shí)例  3.5 單輸入單輸出自適應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)  3.6 局部參數(shù)最優(yōu)化方法設(shè)計(jì)模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)注意事項(xiàng)第四章 用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論設(shè)計(jì)模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)  4.1 李雅普諾夫穩(wěn)定性的概念及基本定理    4.1.1 平衡狀態(tài)    4.1.2 李雅普諾夫意義下穩(wěn)定性定義    4.1.3 李雅普諾夫意義下穩(wěn)定性定理    4.1.4 李雅普諾夫第二法的應(yīng)用  4.2 用可調(diào)系統(tǒng)的狀態(tài)變量構(gòu)成自適應(yīng)規(guī)律的設(shè)計(jì)方法    4.2.1 自適應(yīng)控制律推導(dǎo)    4.2.2 數(shù)字算例  4.3 用被控對(duì)象的輸入輸出構(gòu)成自適應(yīng)規(guī)律的設(shè)計(jì)方法    4.3.1 具有可調(diào)增益的自適應(yīng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)    4.3.2 單輸入單輸出自適應(yīng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)    4.3.3 數(shù)字算例  4.4 基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論設(shè)計(jì)自適應(yīng)控制律應(yīng)用實(shí)例    4.4.1 汽車減振系統(tǒng)自適應(yīng)控制律設(shè)計(jì)    4.4.2 倒立擺自適應(yīng)控制律設(shè)計(jì)    4.4.3 飛行控制系統(tǒng)的自適應(yīng)控制律設(shè)計(jì)    4.4.4 導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)的自適應(yīng)控制律設(shè)計(jì)    4.4.5 彈性結(jié)構(gòu)振動(dòng)抑制的自適應(yīng)控制律設(shè)計(jì)    4.4.6 飛機(jī)起落架系統(tǒng)自適應(yīng)控制律設(shè)計(jì)    4.4.7 圖像導(dǎo)引頭角跟蹤系統(tǒng)自適應(yīng)控制律設(shè)計(jì)第五章 用超穩(wěn)定性理論設(shè)計(jì)模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)  5.1 超穩(wěn)定性理論的概念及基本定理    5.1.1 絕對(duì)穩(wěn)定性問(wèn)題    5.1.2 超穩(wěn)定性問(wèn)題  ……第六章 自校正控制第七章 自適應(yīng)控制與城市道路交通管理第八章 自適應(yīng)控制與人力資源管理第九章 自適應(yīng)控制與歌唱藝術(shù)第十章 自適應(yīng)控制與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)附錄1 自適應(yīng)控制技術(shù)綜合應(yīng)用實(shí)例附錄2 歷年考題集錦歷年考題部分參考答案參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第一章 自動(dòng)控制基礎(chǔ)　　1.1 自動(dòng)控制概述　　整個(gè)人類社會(huì)的發(fā)展歷史也可以說(shuō)是人類利用各種控制手段獲取能量進(jìn)而改造外界環(huán)境的歷史。從控制論的觀點(diǎn)出發(fā)，人類社會(huì)發(fā)展至今已經(jīng)經(jīng)歷了兩個(gè)時(shí)代：人力時(shí)代和機(jī)械化時(shí)代，現(xiàn)在開(kāi)始步入第三個(gè)時(shí)代——自動(dòng)化時(shí)代。　　歷時(shí)數(shù)萬(wàn)年的人工時(shí)代直到1788年才宣告結(jié)束。這一年英國(guó)人瓦特改進(jìn)的蒸汽機(jī)在工業(yè)中得到應(yīng)用，自此人類社會(huì)開(kāi)始了機(jī)械化時(shí)代?！　∽詣?dòng)化時(shí)代的到來(lái)得益于電磁波的發(fā)現(xiàn)和電子管、半導(dǎo)體、集成電路、無(wú)線電以及電子計(jì)算機(jī)等的先后問(wèn)世。這些技術(shù)幾乎同步解決了信息變換的速度問(wèn)題。同時(shí)不可忽視的是伴隨著這些技術(shù)的先后問(wèn)世，控制這門(mén)科學(xué)也開(kāi)始正式確立起來(lái)，并且經(jīng)歷了長(zhǎng)足的發(fā)展?？陀^上也為自動(dòng)化時(shí)代的到來(lái)做好了理論準(zhǔn)備。事實(shí)上，自動(dòng)化并非是什么高深莫測(cè)的概念，在我們的日常生活中有很多東西體現(xiàn)了自動(dòng)控制原理。小到抽水馬桶，大到航天飛機(jī)、宇宙飛船都是自動(dòng)控制應(yīng)用的具體體現(xiàn)。我們的生活與自動(dòng)控制息息相關(guān)，自動(dòng)控制在每時(shí)每刻都發(fā)揮著巨大的作用。

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