主动控制理论的系统建模与辩识理论

主动控制理论的系统建模与辩识理论

系统建模与辨识理论是主动控制的基础。在主动控制系统中，对象的模型是不可或缺的部分，是设计控制器的基础。模型可以从两个角度去建立：一是通过内在机理建模，称为理论模型；二是通过观测数据建模，称为辨识模型。理论模型的主要功能是用于设计控制器、用于研究被控对象特性和用于快速验证控制算法（在仿真中替代真实对象)。辨识模型的主要功能是用于设计控制器。如果辨识过程是在线的，则控制器设计也可以在线进行。理论模型的描述方式包括微分方程(组)、差分方程（组）、状态方程等。辨识模型的描述方式包括脉冲响应函数（传递函数)、MA(滑动平均)模型(FIR滤波器模型)、ARMA（(自回归滑动平均)模型(IR滤波器模型)等线性模型以及Prandtl-Ishlinskii（P-I)网络、非线自回归模型(NARX)、人工神经网络(ANN)等非线性网络模型。无论是理论模型还是辨识模型，都需要寻找对应描述方式下的参数，使其通近实际对象。理论建模的建模方法可分为集中参数建模法与分布参数建模法。辨识模型建模方法可分为离线辨识法（如相关辨识法、最小二乘法等）和在线辨识法（如随机梯度法、递推最小二乘法、卡尔曼滤波法、极大似然法等)。

1,集中参数建模法与分布参数建模法

集中参数与分布参数建模法均属于理论建模，其中分布参数建模法又以有限元建模为代表。集中参数建模法主要是根据对象的运动关系和弹性力学基本原理进行建模，构建被控对象的“弹簧-质量阻尼”动力学模型。用于主动控制的集中参数建模的理论及应用研究的进展包括：山东大学Niu等提出了一种集成了主动控制、被动控制、力控制和力矩控制功能的复杂柔性耦合系统的一般模型，并针对该模型研究了功率流传递特性及最优控制方法；土耳其学者Metin等建立了11自由度的轨道车辆模型，并基于该模型比较了模糊逻辑和PID算法的性能；丹麦学者Sarban和英国学者Jones建立了管状电场活化聚合物作动器机电耦合模型，并将其用于自适应前馈主动隔振的研究；北京理工大学Zhang等建立了野外作业车辆液压主动控制系统的物理模型，并使用并列PID和跟踪PID算法进行主动阻尼控制的仿真研究；西安交通大学Liu等建立了电磁作动器的物理模型，并将其耦合到壳体结构的有限元模型中进行振动主动控制仿真。综上可以看出，集中参数