以變制變——自適應控制

在日常生活中，所謂自適應是指生物能改變自己的習性以適應新的環境的一

種特徵。因此，直觀地講，自適應控制器應當是這樣一種控制器，它能修正自己

的特性以適應對象和擾動的動態特性的變化。

　　自適應控制的研究對象是具有一定程度不確定性的系統，這裏所謂的“不確

定性”是指描述被控對象及其環境的數學模型不是完全確定的，其中包含一些未

知因素和隨機因素。

　　任何一個實際系統都具有不同程度的不確定性，這些不確定性有時表現在系

統內部，有時表現在系統的外部。從系統內部來講，描述被控對象的數學模型的

結構和參數，設計者事先並不一定能準確知道。作爲外部環境對系統的影響，可

以等效地用許多擾動來表示。這些擾動通常是不可預測的。此外，還有一些測量

時產生的不確定因素進入系統。面對這些客觀存在的各式各樣的不確定性，如何

設計適當的控制作用，使得某一指定的性能指標達到並保持最優或者近似最優，

這就是自適應控制所要研究解決的問題。

　　自適應控制和常規的反饋控制和最優控制一樣，也是一種基於數學模型的控

制方法，所不同的只是自適應控制所依據的關於模型和擾動的先驗知識比較少，

需要在系統的運行過程中去不斷提取有關模型的信息，使模型逐步完善。具體地

說，可以依據對象的輸入輸出數據，不斷地辨識模型參數，這個過程稱爲系統的

在線辯識。隨着生產過程的不斷進行，通過在線辯識，模型會變得越來越準確，

越來越接近於實際。既然模型在不斷的改進，顯然，基於這種模型綜合出來的控

製作用也將隨之不斷的改進。在這個意義下，控制系統具有一定的適應能力。比

如說，當系統在設計階段，由於對象特性的初始信息比較缺乏，系統在剛開始投

入運行時可能性能不理想，但是隻要經過一段時間的運行，通過在線辯識和控制

以後，控制系統逐漸適應，最終將自身調整到一個滿意的工作狀態。再比如某些

控制對象，其特性可能在運行過程中要發生較大的變化，但通過在線辯識和改變

控制器參數，系統也能逐漸適應。

　　常規的反饋控制系統對於系統內部特性的變化和外部擾動的影響都具有一定的抑制能力，
但是由於控制器參數是固定的，所以當系統內部特性變化或者外部擾動的變化幅度很大時，

系統的性能常常會大幅度下降，甚至是不穩定。所以對那些對象特性或擾動特性變化範圍很

大，同時又要求經常保持高性能指標的一類系統，採取自適應控制是合適的。但是同時也應

當指出，自適應控制比常規反饋控制要複雜的多，成本也高的多，因此只是在用常規反饋達

不到所期望的性能時，纔會考慮採用。