Sterowanie adaptacyjne. Ćwiczenia laboratoryjne

Tematyka skryptu obejmuje zagadnienia identyfikacji i adaptacji w układach sterowania, przy czym zaprezentowano zarówno klasyczne, jak i zaawansowane metody. Wszystkie rozdziały mają taką samą strukturę: krótki opis metody sterowania, stanowiący wprowadzenie do postawionego problemu, przedstawienie modelu obiektu i sposobu estymacji jego parametrów, podanie prawa sterowania i jego wyprowadzenie oraz omówienie przebiegu ćwiczenia wraz z przykładową ilustracją do niego. W skrypcie przedstawiono wpływ ograniczeń występujących w rzeczywistych układach regulacji, nałożonych na sygnał sterujący, na proces regulacji adaptacyjnej, a także na immanentnie z nim związany proces identyfikacji w czasie rzeczywistym. Drugie wydanie rozszerzono o dwa rozdziały dotyczące zagadnień sterowania dualnego i adaptacyjnej regulacji impulsowej. W wielu miejscach rozszerzono opis metod sterowania i dodano schematy blokowe.

Spis treści
Przedmowa 5
1. Sterowanie adaptacyjne 7
Idea sterowania adaptacyjnego 7
Podział 7
2. Identyfikacja 11
Zagadnienie identyfikacji 11
Podstawowe modele obiektów dynamicznych 11
Rekursywna metoda najmniejszych kwadratów 13
Rekursywna rozszerzona metoda najmniejszych kwadratów 14
Implementacja rekursywnych metod identyfikacji 14
3. Przykłady modeli obiektów 15
Obiekt stabilny minimalnofazowy oscylacyjny (SMF1) 15
Obiekt stabilny minimalnofazowy nieoscylacyjny (SMF2) 16
Obiekt niestabilny minimalnofazowy (NSMF) 16
Obiekt stabilny nieminimalnofazowy (SNMF) 16
Tor zakłócenia 18
4. Ograniczenia i ocena jakości regulacji 19
Ograniczenia nałożone na sygnał sterujący 19
Ocena jakości działania układu sterowania adaptacyjnego 20
5. Sterowanie adaptacyjne z lokowaniem biegunów 22
Wprowadzenie 22
Model obiektu 22
Identyfikacja 22
Prawo sterowania 22
Regulator 23
Przykładowe wyprowadzenie prawa sterowania nieadaptacyjnego 23
Wyznaczenie transmitancji układu zamkniętego w układzie nieadaptacyjnym 24
Sprawdzenie warunku śledzenia w układzie nieadaptacyjnym 25
Przebieg ćwiczenia 26
6. Sterowanie adaptacyjne z lokowaniem biegunów i zer oraz z kompensatorem zjawiska windup 27
Wprowadzenie 27
Model obiektu 27
Identyfikacja 27
Prawo sterowania 27
Regulator 29
Wyznaczenie transmitancji układu zamkniętego w układzie nieadaptacyjnym 30
Przebieg ćwiczenia 31
7. Sterowanie adaptacyjne minimalnowariancyjne 33
Wprowadzenie 33
Model obiektu 33 Identyfikacja 33
Prawo sterowania 34
Wyprowadzenie prawa sterowania 34
Przykładowe wyprowadzenie prawa sterowania nieadaptacyjnego 36
Wyznaczenie transmitancji układu zamkniętego w układzie nieadaptacyjnym 37
Przebieg ćwiczenia 38
8. Sterowanie adaptacyjneminimalnowariancyjne ważone 40
Wprowadzenie 40
Model obiektu 40
Identyfikacja 40
Prawo sterowania 40
Wyprowadzenie prawa sterowania 41
Przykładowe wyprowadzenie prawa sterowania nieadaptacyjnego 43
Wyznaczenie transmitancji układu zamkniętego w układzie nieadaptacyjnym 43
Przebieg ćwiczenia 44
9. Sterowanie adaptacyjneminimalnowariancyjne ważone z korekcją 46
Wprowadzenie 46
Model obiektu 46
Identyfikacja 46
Prawo sterowania 46
Wyprowadzenie prawa sterowania 47
Przykładowe wyprowadzenie prawa sterowania nieadaptacyjnego 50
Wyznaczenie transmitancji układu zamkniętego w układzie nieadaptacyjnym 51
Przebieg ćwiczenia 53
10. Sterowanie adaptacyjne PID z prostymi kompensatorami zjawiska windup 54
Wprowadzenie 54
Model obiektu 54
Identyfikacja 54 Prawo sterowania 54
Regulator 55
Wyznaczenie transmitancji układu zamkniętego w układzie nieadaptacyjnym 58
Wyprowadzenie postaci dyskretnego regulatora PID 59
Przebieg ćwiczenia 62
11. Sterowanie adaptacyjne PID – przegla˛d kompensatorówzjawiskawindup 63
Wprowadzenie 63
Model obiektu 63
Identyfikacja 63
Prawo sterowania 63
Regulator 64
Kompensatory zjawiska windup 65
Przebieg ćwiczenia 67
12. Sterowanie adaptacyjne z modelem odniesienia 71
Wprowadzenie 71
Model odniesienia 71
Model obiektu 72
Identyfikacja 72
Prawo sterowania 72
Regulator 73
Przykładowe wyprowadzenie prawa sterowania nieadaptacyjnego 73
Sprawdzenie warunku śledzenia w układzie nieadaptacyjnym 75
Przebieg ćwiczenia 76
13. Sterowanie adaptacyjne ze skończonym czasem zaniku 77
Wprowadzenie 77
Model obiektu 77
Identyfikacja 77
Prawo sterowania 78
Regulator 78
Przykładowe wyprowadzenie prawa sterowania nieadaptacyjnego 79
Przebieg ćwiczenia 80
14. Sterowanie adaptacyjne liniowo-kwadratowe (LQ) 82
Wprowadzenie 82
Model obiektu 82
Identyfikacja 83
Prawo sterowania 83
Regulator 84
Obserwator 85
Przykładowe wyprowadzenie reprezentacji w przestrzeni stanu 86
Przebieg ćwiczenia 88
15. Sterowanie adaptacyjne liniowo-kwadratowo-gaussowskie (LQG) 89
Wprowadzenie 89
Model obiektu 89
Identyfikacja 90
Prawo sterowania 91
Regulator 91
Estymacja stanu 92
Przebieg ćwiczenia 93
16. Sterowanie adaptacyjne predykcyjne 95
Wprowadzenie 95
Model obiektu 95
Identyfikacja 95
Prawo sterowania 95
Wyprowadzenie prawa sterowania 96
Przykładowe wyprowadzenie prawa sterowania nieadaptacyjnego 101
Przebieg ćwiczenia 104
17. Adaptacyjne sterowanie ostrożne oraz sterowanie według zasady równoważności 106
Wprowadzenie 106
Prosty przykład 106
Model obiektu 107
Identyfikacja 108
Prawo sterowania 108
Przebieg ćwiczenia 113
18. Adaptacyjne suboptymalne sterowanie dualne 114
Wprowadzenie 114
Model obiektu 114
Identyfikacja 114
Prawo sterowania 114
Wyprowadzenie prawa sterowania 114
Przebieg ćwiczenia 120
19. Adaptacyjny regulator dyskretny 121
Wprowadzenie 121
Model obiektu 121
Identyfikacja 121
Prawo sterowania 122
Regulator dyskretny 122
Przebieg ćwiczenia 124
Bibliografia 125