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魯棒控制以及自適應控制等等工程上套用多的嗎,有哪些例項?

2014-11-29科學

看到關鍵詞有航空航天,那就先從航空航天的控制說起吧。一般情況下,我們完全可以說:PID大法就是好!而且大多數工程實踐也確實在套用各種形式的PID (實際上實際套用的PID策略比原始的PID要復雜得多) ,因為它物理意義明確,結構簡單,理論成熟完備,而且有數不勝數的工程經驗可以借鑒,當然,這個優勢根源於被控物件特性為「線性」的假設。但是,這個「線性」假設也恰恰是PID的致命缺陷,即世界上並不存在完全線性的東西,當被控物件的非線性特性足夠強時 (如飛行器的飛行速度越快,其所受氣動力以及相同舵面偏轉角度下的氣動力矩就越大,從而造成飛行器姿態響應速度變快,而飛行器的速度通常跨度是從起飛速度到幾倍音速,這種姿態響應速度的非線性特性就很強烈) ,簡單的PID控制就可能會出問題了,這個時候一般人們會把被控物件的工作狀態的所有情況都列舉出來,然後選擇可以代表所有工作狀態的若幹個工作點,在這個工作點附近,就認為被控物件是線性的,然後分別對每個工作點設計PID參數 (事實上,大多數的航空航天器的控制也是這麽做的,只有部份新型航空航天器采用了其他控制方法) 。而當非線性特性非常強,或者需要更高的效能時,PID就滿足不了要求了。下面該說說其他控制方法的實際套用了。

  1. 最優控制:還記得教科書上說最優控制是在阿波羅登月計劃中發展形成的麽?登月艙著陸過程需要火箭進行反推,如何調整每個時間點上的推力大小能使得總燃料消耗最少,這個策略的設計就套用了最優控制理論。事實上,多年以來,火箭發射和飛行器再入的彈道設計過程一直在套用最優控制理論。
  2. 自適應控制:NASA十幾年前就用F-15飛機做了一些自適應控制的實驗,包括直接自適應控制和融合了神經網絡的動態逆控制,還做了飛行試驗,飛行效能比以前的控制系統也有所提升。在X-40飛行器的飛行試驗中,也使用了動態逆方法。本人猜想美國需要大機動的新型飛機可能都會或多或少采用上述的方法。
  3. 魯棒控制:這個暫時沒有看到資料表明何種飛行器使用,但是據說以及有所套用,其理論也比較完善,套用也不是不可能。
  4. 滑模變結構:暫時也沒看過資料顯示有何種飛行器在用,只是聽說過一段傳奇故事,說是俄羅斯導彈在用。

其實作在航空航天控制研究的非常多,但是距離工程套用還是太遠,因為一般研究時套用的模型考慮因素遠少於實際動力學,而且研究中所涉及的飛行條件通常覆蓋面也很小,所以還是有很長的路要走。

其他行業的非PID控制套用也是有很多的,今天先寫這些占位,有時間再更新。