什么是自适应控制？

1. 背景：为什么需要自适应控制？

在工程系统中（比如飞机、机器人、电机控制），我们经常会遇到这样的问题：

• 模型不准确：实际系统和理论模型有偏差，比如摩擦、空气阻力变化等。
• 参数不确定：比如一辆汽车载重不同，惯量就变了；飞机燃油消耗后质量变了。
• 环境变化：温度、湿度、材料老化都会影响控制效果。

如果使用传统 PID 控制 或者 固定参数控制器，性能可能会下降，甚至系统会不稳定。

所以我们希望有一种控制方法，可以自动识别系统的变化，并实时调整控制器参数，这就是 自适应控制。

2. 什么是自适应控制？

定义：

自适应控制是一类根据系统运行状态和环境变化，自动调整控制器参数的控制方法。

换句话说，它不像 PID 那样固定参数，而是能“边控制，边学习”，不断调节自己，以保证系统性能。

3. 自适应控制的核心思想

自适应控制一般包括两个部分：

1. 参数估计（识别）：在线实时估计系统的参数（比如质量、摩擦系数等）。
2. 参数调整（控制律修正）：根据估计的结果，调整控制器的参数，使得系统依然达到预期性能。

所以它就像开车时，你不用事先知道路面摩擦系数，而是通过“打方向盘—感觉车身反应—再调整方向”来实时适应。

4. 常见的自适应控制方法

常见的两大类：

(1) 模型参考自适应控制（MRAC）

• 有一个理想模型，定义系统“应该”表现的样子。
• 控制器不断调整参数，使得实际系统的响应尽量跟这个参考模型一致。
• 例如：希望飞机的俯仰角变化像“理想模型”那样快又平稳，哪怕飞机重量变化。

(2) 自校正调节器（STR, Self-Tuning Regulator）

• 系统参数未知或会变化。
• 先实时估计系统模型参数，再用估计结果设计控制器。
• 常用于工业过程控制，比如锅炉温度控制、机器人关节驱动。

5. 自适应控制与常见方法的对比

6. 生活中的类比

想象你骑自行车：

• 如果路面平整（系统已知），你用固定的踩踏频率就能骑稳。
• 如果突然上坡（系统参数变化），你会自动加大踩踏力度；下坡时又会放松。
• 这种“根据环境自动调节踩踏策略”的能力，就是自适应控制。

7. 总结

• 自适应控制是一种能根据系统和环境的变化，实时调整控制器参数的控制方法。
• 核心在于 识别 + 调整 两个环节。
• 典型方法有 模型参考自适应控制 和 自校正调节器。
• 优点：能在不确定环境中保持良好性能。
• 缺点：算法复杂，若设计不当可能失稳。