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.
Charakterystyka układu sterowania 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, do zmieniających się właściwości obiektu regulacji można dostosować : wzmocnienie układu, czas całkowania i czas różniczkowania.
Należy też zauważyć, że z uwagi na mechanizm adaptacji parametrów regulatory adaptacyjne są regulatorami nieliniowymi.
Początki sterowania adaptacyjnego 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 się 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 filtrem wejściowym. Z czasem opracowane zostały: regulatory samonastrajalne (ang. self-tuning regulators, STR).
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 W ogólności można wyróżnić:
sterowanie adaptacyjne ze sprzężeniem w przód 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 również podzielić z uwagi na przyjętą 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).
Dobór parametrów Wymienione wyżej regulatory adaptacyjne parametryczne mogą być implementowane na bazie różnych regulatorów klasycznych: regulatory PID minimalnowariancyjne (ważone) z lokowaniem biegunów z lokowaniem biegunów i zer ze skończonym czasem zaniku LQ i LQG predykcyjne
Bibliografia Karl Johan Åström, Adaptive Control Around 1960, June 1996, IEEE Control Systems Magazine
Kategoria:Teoria sterowania