現(xiàn)代主要控制方法的研究現(xiàn)狀及展望

劉暢

摘 要 科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，將現(xiàn)代控制方法逐漸應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，特別是現(xiàn)代控制方法在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)成為現(xiàn)階段人們關(guān)注的焦點(diǎn)，因此，本文將對(duì)現(xiàn)代主要控制方法在航空航天領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析探討，并對(duì)現(xiàn)代控制方法為了的應(yīng)用發(fā)展做出展望，希望對(duì)現(xiàn)代控制方法的研究有所幫助。

關(guān)鍵詞 現(xiàn)代控制方法 人工智能控制 最優(yōu)控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0前言

現(xiàn)代控制理論是以解決航空航天領(lǐng)域的科技問(wèn)題所誕生的一種擁有特定意義的理論，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種現(xiàn)代控制方法被逐漸研究出來(lái)，為了使現(xiàn)代控制方法更好地應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，因此人們逐漸加深對(duì)現(xiàn)代主要控制方法的研究現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的探索分析。

1現(xiàn)代控制理論概述

現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)是狀態(tài)空間學(xué)，然后結(jié)合了線性代數(shù)、微積分方程等數(shù)學(xué)方法，從而形成的一種控制系統(tǒng)。該理論自上世紀(jì)五十年代誕生以來(lái)便受到人們的廣泛關(guān)注并且得到快速的發(fā)展。該理論最初主要運(yùn)用于航空航天領(lǐng)域，是為了解決如何使用最少的燃料和最短的時(shí)間將宇宙火箭或者是人造地球衛(wèi)星發(fā)射到預(yù)定的軌道等問(wèn)題，隨著這些問(wèn)題的逐漸解決，控制理論的范圍也逐漸擴(kuò)大，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論已經(jīng)產(chǎn)生了多種不同的控制理論分支，應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域。

2現(xiàn)代主要控制方法

目前應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的現(xiàn)代控制方法主要有以下幾種。

2.1人工智能控制

人工智能控制中又衍生出多種不同的控制方法，主要有：

（1）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一般是用于對(duì)信息的處理及控制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)具有分層的特性，在每個(gè)神經(jīng)元之間都可以進(jìn)行輸入與輸出的連接，但是在不同層次的神經(jīng)元?jiǎng)t無(wú)法實(shí)現(xiàn)連接。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有不同的網(wǎng)絡(luò)形式，其中以BP網(wǎng)絡(luò)和RBF網(wǎng)絡(luò)形式最為典型。自八十年代以來(lái)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在控制理論中的廣泛應(yīng)用已經(jīng)可以解決控制理論中的絕大多數(shù)問(wèn)題，成為社會(huì)上關(guān)注的焦點(diǎn)。例如建模與辨識(shí)系統(tǒng)、配置極點(diǎn)、控制內(nèi)膜、自適應(yīng)控制等。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)航空航天領(lǐng)域進(jìn)行智能控制，主要?dú)w功于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具備的學(xué)習(xí)能力，從而減少了適應(yīng)環(huán)境的變化，能夠十分方便地對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行在線離線的控制。而且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具備計(jì)算的特質(zhì)，可以準(zhǔn)確高效的完成計(jì)算處理。同時(shí)信息的分布式儲(chǔ)存和處理結(jié)構(gòu)，有較高的泛化與容錯(cuò)能力。

（2）模糊控制。模糊控制的理論基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)的模糊集合論、模糊邏輯推理和模糊語(yǔ)言變量這是中模糊理論。目前，模糊控制理論可以對(duì)不確定的控制對(duì)象模型進(jìn)行滿足系統(tǒng)非線性的操作，同時(shí)模糊控制系統(tǒng)可以將枯燥難懂的數(shù)學(xué)變量變?yōu)檎Z(yǔ)言文字信息，方便人們進(jìn)行理解。模糊控制理論是對(duì)人的思維進(jìn)行高度的模擬，以此根據(jù)人在航空航天工程建設(shè)中積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行模糊推理。

但是，模糊控制理論中仍存在一些問(wèn)題，例如：模糊控制器的工作原理相對(duì)復(fù)雜，影響到系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，而且模糊控制同魯棒控制的對(duì)比關(guān)系還需進(jìn)一步進(jìn)行研究，因此模糊控制理論還在在不斷的完善發(fā)展中，在未來(lái)模糊控制理論將更趨近于專(zhuān)家模糊控制、智能優(yōu)算法相結(jié)合的模糊控制等。

2.2最優(yōu)控制

最優(yōu)控制理論又被稱(chēng)為動(dòng)態(tài)最優(yōu)化或過(guò)程最優(yōu)化理論，在滿足各類(lèi)式對(duì)初始、過(guò)程以及終端的制約條件的情況下，找到最優(yōu)的控制策略，確保系統(tǒng)的性能指標(biāo)可以符合規(guī)定的性能指標(biāo)式，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)最優(yōu)化的操作。

極值原理、微分對(duì)策以及動(dòng)態(tài)規(guī)劃是現(xiàn)階段最優(yōu)控制下形成的主要理論，我們?cè)谑褂米顑?yōu)控制時(shí)所使用的數(shù)值方法主要有：梯度法、偽譜法、遺傳算法等，我們也可以將不同的算法進(jìn)行組合，融合每種算法的優(yōu)點(diǎn)，打破只用一種算法的局限性，從而提高整體算法的控制水平，可以有效地對(duì)一些更加復(fù)雜的最優(yōu)控制問(wèn)題進(jìn)行解決。

目前最優(yōu)控制理論主要應(yīng)用于航空航天工程中的一些問(wèn)題，例如：如何解決線性二次型指標(biāo)的最優(yōu)問(wèn)題、伺服機(jī)構(gòu)問(wèn)題、跟蹤問(wèn)題等。但是隨著時(shí)代的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，我們對(duì)最優(yōu)控制的要求也越來(lái)越高，需要使用最優(yōu)控制解決的問(wèn)題也越來(lái)越多，因此在未來(lái)，最優(yōu)控制的對(duì)象將會(huì)變的多樣化，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也會(huì)更加復(fù)雜，從而使最優(yōu)控制理論可以解決一些更加復(fù)雜的不確定性的系統(tǒng)問(wèn)題。

2.3自適應(yīng)控制

自適應(yīng)控制理論下的系統(tǒng)通常帶有明顯的不確定性，所謂的不確定性指的是被控制對(duì)象的環(huán)境模型是不確定的，其中包含著一些隨機(jī)因素和未知情況。因此，在自適應(yīng)控制中需要對(duì)系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)節(jié)，所以自適應(yīng)控制主要是對(duì)控制法則進(jìn)行修改調(diào)整，對(duì)控制器的可變參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整，對(duì)性能指標(biāo)或辨識(shí)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行在線測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的自適應(yīng)控制。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，我們建立的自適應(yīng)系統(tǒng)也存在一定的差別，但是自適應(yīng)系統(tǒng)所完成的功能都是相同的，我們建立的自適應(yīng)系統(tǒng)控制模型主要分為兩種：一種是模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)和無(wú)模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)。

3結(jié)論

綜上分析可知，現(xiàn)階段我國(guó)在航空航天領(lǐng)域所使用的現(xiàn)代主要控制方法有：人工智能控制、最優(yōu)化控制、自適應(yīng)控制等，我們只有加深對(duì)現(xiàn)代控制方法的研究，將現(xiàn)代控制方法的作用最大限度的發(fā)揮出來(lái)，才能提高現(xiàn)代控制方法對(duì)航空航天領(lǐng)域的控制水平，才能促進(jìn)我國(guó)航空航天領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。

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