4、無(wú)模型控制原理

4.1 無(wú)模型控制的總體概述
　　
在控制律設(shè)計(jì)中一般的需要建立動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。經(jīng)典的方法要求這種數(shù)學(xué)模型必 須事先建立至少其結(jié)構(gòu)必須事先確定。而且模型愈精確愈好。無(wú)模型控制律的設(shè)計(jì)中，突破了控制律對(duì)數(shù)學(xué)模型盡可能事先精確的建立這一要求的限制。
　　
我們的建模手續(xù)是伴隨反饋控制而進(jìn)行的。初始的數(shù)學(xué)模型可以是不精確的，但必須保證所設(shè)計(jì)的控制律具有一定的收斂性.我們所設(shè)計(jì)的無(wú)模型控制律是邊建模邊控制，得到新的觀測(cè)數(shù)據(jù)后，再建模再控制.如此繼續(xù)下去，使得每次得到的數(shù)學(xué)模型逐漸精確，從而控制律的性能也隨之得到改善。我們把這種手續(xù)稱之為實(shí)時(shí)建模與反饋控制一體化手續(xù)。

4.2 建模與自適應(yīng)控制一體化途徑

在參考文獻(xiàn)中，提出了如下的泛模型：

y（k）-y（k-1）=φ（k-1）[u（k-1）-u（k-2）> （4-1）

不失一般性，這里假定被控動(dòng)態(tài)系統(tǒng)S的時(shí)滯是1,y（k） 是系統(tǒng)S的一維輸出， u（k-1）是P維輸人。φ（k）是特征參量，它是利用某種辨識(shí)算法在線估計(jì)的，k是離散時(shí)間。我們將會(huì)看出，在實(shí)時(shí)辨識(shí)D實(shí)時(shí)反饋校正的辨識(shí)與控制一體化手續(xù)中，φ（k）有明顯的數(shù)學(xué)與工程意義。

4.3 實(shí)時(shí)建模與反饋控制一體化

具體的，我們的建模與反饋控制一體化的框架如下：

（1）依據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)和泛模型

y（k）-y（k-1）=φ（k-1）[u（k-1）-u（k-2）]

利用適當(dāng)?shù)墓乐捣椒ǎ玫搅甩眨╧-1）的估值φ（k-1）。

（2）尋求φ（k-1）的向前一步的預(yù)報(bào)值φ＊（k），一個(gè)簡(jiǎn)單的方法就是取

φ＊（k）= φ＊（k-1）

在尋求控制律時(shí)，我們把φ＊（k）仍記成社φ（k） 。 （3）把控制律

作用于系統(tǒng)S，得到新的輸出貝y（k+1）。于是得到了一組新的數(shù)據(jù)｛y（k+1）,u（k）｝ 。

在這組新數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上重復(fù)（1），（2）和（3），即可又得出新的數(shù)據(jù)｛y（k+2）,u（k+1）｝如此繼續(xù)下去。只要系統(tǒng)S滿足一定的條件，在這種手續(xù)的作用下，系統(tǒng)s的輸出y（k）將逐漸地逼近y0。

4.4 控制器程序的設(shè)計(jì)
　　
目前在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制中應(yīng)用的控制器，絕大多數(shù)是經(jīng)典的PID調(diào)節(jié)器及其變種，對(duì)于耦合情況不嚴(yán)重的系統(tǒng)，PID調(diào)節(jié)器的控制效果還能令人滿意，但對(duì)耦合嚴(yán)重的系統(tǒng)，PID調(diào)節(jié)器則顯得無(wú)能為力，下面以PID調(diào)節(jié)器為基準(zhǔn)，將無(wú)模型控制器與PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行比較，用于說(shuō)明無(wú)模型控制器具備較好的解耦和抗干擾能力。無(wú)模型控制流程圖如下：

圖3 無(wú)模型控制流程圖