Адаптивное управление

Адаптивное управление — это метод управления, используемый контроллером, который должен адаптироваться к управляемой системе с изменяющимися или изначально неопределенными параметрами. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Например, по мере полета самолета его масса будет медленно уменьшаться в результате расхода топлива; необходим закон управления, который адаптируется к таким меняющимся условиям. Адаптивное управление отличается от робастного управления тем, что для него не требуется априорная информация о границах этих неопределенных или изменяющихся во времени параметров; робастное управление гарантирует, что если изменения находятся в заданных пределах, закон управления не требует изменения, тогда как адаптивное управление связано с изменением самого закона управления.

Оценка параметров

В основе адаптивного управления лежит оценка параметров , которая является частью идентификации системы . Общие методы оценки включают рекурсивный метод наименьших квадратов и градиентный спуск . Оба эти метода предоставляют законы обновления, которые используются для изменения оценок в реальном времени (т. е. во время работы системы). Устойчивость Ляпунова используется для вывода этих законов обновления и отображения критериев сходимости (обычно постоянное возбуждение; релаксация этого состояния изучается в адаптивном управлении параллельным обучением). Проекция и нормализация обычно используются для повышения надежности алгоритмов оценки.

Классификация методов адаптивного управления

В целом следует различать:

Адаптивное управление с прямой связью
Адаптивное управление с обратной связью

а также между

Прямые методы
Косвенные методы
Гибридные методы

Прямые методы – это методы, в которых оцениваемые параметры являются теми, которые непосредственно используются в адаптивном контроллере. Напротив, косвенные методы — это те, в которых оцененные параметры используются для расчета требуемых параметров регулятора. ^{[ 3 ]} Гибридные методы основаны как на оценке параметров, так и на прямой модификации закона управления.

Существует несколько широких категорий адаптивного управления с обратной связью (классификация может различаться):

Двойные адаптивные контроллеры – на основе теории двойного управления.
- Оптимальные двойные контроллеры – сложно спроектировать
- Неоптимальные двойные контроллеры
Недвойственные адаптивные контроллеры
- Адаптивное размещение полюсов
- Контроллеры, ищущие конечный результат
- Итеративный контроль обучения
- Планирование усиления
- Эталонные адаптивные контроллеры модели (MRAC) — включают эталонную модель , определяющую желаемые характеристики замкнутого контура.
  - Градиентная оптимизация MRAC — используйте локальное правило для настройки параметров, когда производительность отличается от эталонной. Пример: «Правило MIT».
  - MRAC с оптимизированной стабильностью
- Адаптивные контроллеры идентификации модели (MIAC) — выполняют идентификацию системы во время работы системы.
  - Осторожные адаптивные контроллеры – используйте текущую SI для изменения закона управления, учитывая неопределенность SI.
  - Адаптивные контроллеры с эквивалентом уверенности – принимают текущую SI за настоящую систему, не допускают неопределенности.
    - Непараметрические адаптивные контроллеры
    - Параметрические адаптивные контроллеры
      - Адаптивные контроллеры с явными параметрами
      - Адаптивные контроллеры с неявными параметрами
- Множественные модели . Используйте большое количество моделей, которые распределены в области неопределенности и основаны на реакциях предприятия и моделей. В каждый момент времени выбирается одна модель, наиболее близкая к заводу по некоторому показателю. ^{[ 4 ]}

Адаптивное управление с несколькими моделями

Также могут быть затронуты некоторые специальные темы адаптивного управления:

Адаптивное управление на основе дискретной идентификации процессов
Адаптивное управление на основе метода эталонного управления моделью. ^{[ 5 ]}
Адаптивное управление на основе моделей непрерывных процессов
Адаптивное управление многопараметрическими процессами ^{[ 6 ]}
Адаптивное управление нелинейными процессами
Адаптивное управление с параллельным обучением, которое ослабляет условие постоянного возбуждения для сходимости параметров для класса систем. ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}

В последнее время адаптивное управление было объединено с интеллектуальными методами, такими как нечеткое и нейронные сети, для создания новых концепций, таких как нечеткое адаптивное управление.

Приложения

При проектировании систем адаптивного управления особое внимание необходимо уделять вопросам конвергенции и устойчивости . Устойчивость по Ляпунову обычно используется для вывода законов адаптации управления и показа .

Самонастройка впоследствии устанавливаемых линейных регуляторов на этапе внедрения для одной рабочей точки;
Самонастройка впоследствии устанавливаемых робастных контроллеров на этапе внедрения для всего диапазона рабочих точек;
Самонастройка стационарных регуляторов по запросу, если поведение процесса меняется из-за старения, дрейфа, износа и т.п.;
Адаптивное управление линейными регуляторами для нелинейных или изменяющихся во времени процессов;
Адаптивное управление или самонастраивающееся управление нелинейными регуляторами нелинейных процессов;
Адаптивное управление или самонастраивающееся управление многопараметрическими регуляторами многопараметрических процессов (системы MIMO);

Обычно эти методы адаптируют контроллеры как к статике, так и к динамике процесса. В особых случаях адаптация может быть ограничена только статическим поведением, что приводит к адаптивному управлению на основе характеристических кривых для установившихся состояний или к управлению экстремальными значениями, оптимизируя установившееся состояние. Следовательно, существует несколько способов применения алгоритмов адаптивного управления.

Особенно успешным применением адаптивного управления стало адаптивное управление полетом. ^{[ 9 ]}^{[ 10 ]} Эта часть работы была сосредоточена на обеспечении стабильности эталонной схемы адаптивного управления с использованием аргументов Ляпунова. Было проведено несколько успешных летных испытаний, включая отказоустойчивое адаптивное управление. ^{[ 11 ]}

См. также

Ссылки

^ Аннасвами, Анурадха М. (3 мая 2023 г.). «Адаптивное управление и пересечения с обучением с подкреплением» . Ежегодный обзор управления, робототехники и автономных систем . 6 (1): 65–93. doi : 10.1146/annurev-control-062922-090153 . ISSN 2573-5144 . Проверено 4 мая 2023 г.
^ Чэнъюй Цао, Лили Ма, Юнцзюнь Сюй (2012). « Теория и приложения адаптивного управления», Журнал науки и техники . управления 2012 (1): 1, 2. doi : 10.1155/2012/827353 . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь ) CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Астром, Карл (2008). адаптивное управление . Дувр. стр. 25–26.
^ Нарендра, Кумпати С.; Хан, Чжо (август 2011 г.). «Адаптивное управление с использованием коллективной информации, полученной из нескольких моделей» . Тома трудов МФБ . 18 (1): 362–367. дои : 10.3182/20110828-6-IT-1002.02237 .
^ Лаврецкий, Евгений; Мудрый, Кевин (2013). Надежное адаптивное управление . Спрингер Лондон. стр. 317–353 . ISBN 9781447143963 .
^ Тао, Банда (2014). «Многопараметрическое адаптивное управление: обзор». Автоматика . 50 (11): 2737–2764. дои : 10.1016/j.automatica.2014.10.015 .
^ Чоудхари, Гириш; Джонсон, Эрик (2011). «Теория и летные испытания адаптивного контроллера с параллельным обучением». Журнал руководства, контроля и динамики . 34 (2): 592–607. Бибкод : 2011JGCD...34..592C . дои : 10.2514/1.46866 .
^ Чоудхари, Гириш; Мюлегг, Максимилиан; Джонсон, Эрик (2014). «Гарантии сходимости экспоненциального параметра и ошибки слежения для адаптивных регуляторов без инерционности возбуждения». Международный журнал контроля . 87 (8): 1583–1603. Бибкод : 2011JGCD...34..592C . дои : 10.2514/1.46866 .
^ Лаврецкий, Евгений (2015). «Надежные и адаптивные методы управления летательными аппаратами». Справочник по беспилотным летательным аппаратам . стр. 675–710. дои : 10.1007/978-90-481-9707-1_50 . ISBN 978-90-481-9706-4 .
^ Каннан, Суреш К.; Чоудхари, Гириш Винаяк; Джонсон, Эрик Н. (2015). «Адаптивное управление беспилотными летательными аппаратами: теория и летные испытания». Справочник по беспилотным летательным аппаратам . стр. 613–673. дои : 10.1007/978-90-481-9707-1_61 . ISBN 978-90-481-9706-4 .
^ Чоудхари, Гириш; Джонсон, Эрик Н; Чандрамохан, Раджив; Кимбрелл, Скотт М; Кализ, Энтони (2013). «Наведение и управление самолетами при отказах приводов и серьезных повреждениях конструкции». Журнал руководства, контроля и динамики . 36 (4): 1093–1104. Бибкод : 2013JGCD...36.1093C . дои : 10.2514/1.58028 .

Дальнейшее чтение

Эгардт Б. «Устойчивость адаптивных регуляторов». Нью-Йорк: Springer-Verlag, 1979.
И.Д. Ландау, Адаптивное управление: эталонный подход модели. Нью-Йорк: Марсель Деккер, 1979.
П.А. Иоанну и Дж. Сан, Робастное адаптивное управление. Река Аппер-Сэддл, Нью-Джерси: Прентис-Холл, 1996.
К. С. Нарендра и А. М. Аннасвами, Стабильные адаптивные системы. Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис Холл, 1989; Дуврские публикации, 2004.
Састри С., Бодсон М. Адаптивное управление: стабильность, конвергенция и устойчивость. Прентис Холл, 1989.
К. Дж. Астром и Б. Виттенмарк, Адаптивное управление. Ридинг, Массачусетс: Аддисон-Уэсли, 1995.
И. Д. Ландау, Р. Лозано и М. М'Саад. Адаптивное управление. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Springer-Verlag, 1998.
Тао Г. «Проектирование и анализ адаптивного управления». Хобокен, Нью-Джерси: Wiley-Interscience, 2003.
П.А. Иоанну и Б. Фидан, Учебное пособие по адаптивному управлению. СИАМ, 2006.
Г.К. Гудвин и К.С. Син, Прогнозирование и управление адаптивной фильтрацией. Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис-Холл, 1984.
Крстич М., Канеллакопулос И., Кокотович П.В. Нелинейное и адаптивное управление. Уайли Интерсайенс, 1995.
Иоанну П.А., Кокотович П.В. Адаптивные системы с приведенными моделями. Спрингер Верлаг, 1983.
Аннасвами, Анурадха М.; Фрадков, Александр Львович (2021). «Историческая перспектива адаптивного контроля и обучения» . Ежегодные обзоры под контролем . 52 : 18–41. arXiv : 2108.11336 . doi : 10.1016/j.arcontrol.2021.10.014 . S2CID 237290042 .

Внешние ссылки

[Annaswamy-1] Аннасвами, Анурадха М. (3 мая 2023 г.). «Адаптивное управление и пересечения с обучением с подкреплением» . Ежегодный обзор управления, робототехники и автономных систем . 6 (1): 65–93. doi : 10.1146/annurev-control-062922-090153 . ISSN 2573-5144 . Проверено 4 мая 2023 г.

[CMP-AC-T-01-2] Чэнъюй Цао, Лили Ма, Юнцзюнь Сюй (2012). « Теория и приложения адаптивного управления», Журнал науки и техники . управления 2012 (1): 1, 2. doi : 10.1155/2012/827353 . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь ) CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[3] Астром, Карл (2008). адаптивное управление . Дувр. стр. 25–26.

[4] Нарендра, Кумпати С.; Хан, Чжо (август 2011 г.). «Адаптивное управление с использованием коллективной информации, полученной из нескольких моделей» . Тома трудов МФБ . 18 (1): 362–367. дои : 10.3182/20110828-6-IT-1002.02237 .

[Lavretsky-5] Лаврецкий, Евгений; Мудрый, Кевин (2013). Надежное адаптивное управление . Спрингер Лондон. стр. 317–353 . ISBN 9781447143963 .

[6] Тао, Банда (2014). «Многопараметрическое адаптивное управление: обзор». Автоматика . 50 (11): 2737–2764. дои : 10.1016/j.automatica.2014.10.015 .

[chowdhary1-7] Чоудхари, Гириш; Джонсон, Эрик (2011). «Теория и летные испытания адаптивного контроллера с параллельным обучением». Журнал руководства, контроля и динамики . 34 (2): 592–607. Бибкод : 2011JGCD...34..592C . дои : 10.2514/1.46866 .

[chowdhary2-8] Чоудхари, Гириш; Мюлегг, Максимилиан; Джонсон, Эрик (2014). «Гарантии сходимости экспоненциального параметра и ошибки слежения для адаптивных регуляторов без инерционности возбуждения». Международный журнал контроля . 87 (8): 1583–1603. Бибкод : 2011JGCD...34..592C . дои : 10.2514/1.46866 .

[9] Лаврецкий, Евгений (2015). «Надежные и адаптивные методы управления летательными аппаратами». Справочник по беспилотным летательным аппаратам . стр. 675–710. дои : 10.1007/978-90-481-9707-1_50 . ISBN 978-90-481-9706-4 .

[10] Каннан, Суреш К.; Чоудхари, Гириш Винаяк; Джонсон, Эрик Н. (2015). «Адаптивное управление беспилотными летательными аппаратами: теория и летные испытания». Справочник по беспилотным летательным аппаратам . стр. 613–673. дои : 10.1007/978-90-481-9707-1_61 . ISBN 978-90-481-9706-4 .

[11] Чоудхари, Гириш; Джонсон, Эрик Н; Чандрамохан, Раджив; Кимбрелл, Скотт М; Кализ, Энтони (2013). «Наведение и управление самолетами при отказах приводов и серьезных повреждениях конструкции». Журнал руководства, контроля и динамики . 36 (4): 1093–1104. Бибкод : 2013JGCD...36.1093C . дои : 10.2514/1.58028 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]