以变制变——自适应控制

在日常生活中，所谓自适应是指生物能改变自己的习性以适应新的环境的一

种特征。因此，直观地讲，自适应控制器应当是这样一种控制器，它能修正自己

的特性以适应对象和扰动的动态特性的变化。

　　自适应控制的研究对象是具有一定程度不确定性的系统，这里所谓的“不确

定性”是指描述被控对象及其环境的数学模型不是完全确定的，其中包含一些未

知因素和随机因素。

　　任何一个实际系统都具有不同程度的不确定性，这些不确定性有时表现在系

统内部，有时表现在系统的外部。从系统内部来讲，描述被控对象的数学模型的

结构和参数，设计者事先并不一定能准确知道。作为外部环境对系统的影响，可

以等效地用许多扰动来表示。这些扰动通常是不可预测的。此外，还有一些测量

时产生的不确定因素进入系统。面对这些客观存在的各式各样的不确定性，如何

设计适当的控制作用，使得某一指定的性能指标达到并保持最优或者近似最优，

这就是自适应控制所要研究解决的问题。

　　自适应控制和常规的反馈控制和最优控制一样，也是一种基于数学模型的控

制方法，所不同的只是自适应控制所依据的关于模型和扰动的先验知识比较少，

需要在系统的运行过程中去不断提取有关模型的信息，使模型逐步完善。具体地

说，可以依据对象的输入输出数据，不断地辨识模型参数，这个过程称为系统的

在线辩识。随着生产过程的不断进行，通过在线辩识，模型会变得越来越准确，

越来越接近于实际。既然模型在不断的改进，显然，基于这种模型综合出来的控

制作用也将随之不断的改进。在这个意义下，控制系统具有一定的适应能力。比

如说，当系统在设计阶段，由于对象特性的初始信息比较缺乏，系统在刚开始投

入运行时可能性能不理想，但是只要经过一段时间的运行，通过在线辩识和控制

以后，控制系统逐渐适应，最终将自身调整到一个满意的工作状态。再比如某些

控制对象，其特性可能在运行过程中要发生较大的变化，但通过在线辩识和改变

控制器参数，系统也能逐渐适应。

　　常规的反馈控制系统对于系统内部特性的变化和外部扰动的影响都具有一定的抑制能力，
但是由于控制器参数是固定的，所以当系统内部特性变化或者外部扰动的变化幅度很大时，

系统的性能常常会大幅度下降，甚至是不稳定。所以对那些对象特性或扰动特性变化范围很

大，同时又要求经常保持高性能指标的一类系统，采取自适应控制是合适的。但是同时也应

当指出，自适应控制比常规反馈控制要复杂的多，成本也高的多，因此只是在用常规反馈达

不到所期望的性能时，才会考虑采用。