输出调节是控制理论中的一个重要问题。输出调节的目标是设计一种反馈控制器，在确保闭环系统稳定的前提下，使得被控系统的输出渐近跟踪一类参考信号或者渐近抑制一类干扰信号。一般来说，求解输出调节问题需要一个精确的系统数学模型。由于被控对象的不可预测性、复杂性和多样性，输出调节问题的研究已成为控制领域一个具有挑战性的研究领域。

基于状态反馈的自适应动态规划方法是解决模型不确定性输出调节的一种有效手段。然而，在大多数情况下，系统的状态不能全部测量。与状态反馈相比，实现输出反馈技术的成本更低(不需要额外硬件)。因此，输出反馈的研究具有重要的现实意义。

成果介绍

北京化工大学王友清教授团队和波兰格但斯克工业大学Kowalczuk教授团队合作提出了一种新颖的基于内模原理(IMP)的自适应动态规划(ADP)技术，有效解决了线性离散系统的输出调节问题。研究成果发表于IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica 2024年第11卷第1期：Z. Wang, Y. Wang, and Z. Kowalczuk, “Adaptive optimal discrete-time output-feedback using an internal model principle and adaptive dynamic programming,” IEEE/CAA J. Autom. Sinica, vol. 11, no. 1, pp. 131–140, Jan. 2024. doi: 10.1109/JAS.2023.123759 

所提出的方法称为IMP-ADP，该方法不需要完整的状态测量——仅通过输入和输出数据来设计控制器。首先，基于IMP，将输出调节问题转化为稳定问题。然后，设计一个观测器，利用输入和输出重构系统的完整状态。此外，该技术包括策略迭代算法和值迭代算法，在不使用动态系统模型的情况下获得最优控制增益。

图1  基于输出反馈的ADP控制框架

本文所设计的控制算法在LCL并网逆变器上进行测试验证，结果表明该方法在跟踪和抑制干扰方面都具有理想的性能。

图2  LCL并网逆变器结构图

(a)(b)(c)

图3  不同方法下的系统输出曲线

    方法1-4是已发表文献中的控制方案，方法5是本文所提出的控制方法。本文提出的方案在参考电流和电网电压改变的情况下，输出电流能够快速稳定地跟踪参考电流。

作者及团队

王忠阳，北京化工大学控制科学与工程专业博士研究生。研究兴趣包括自适应动态规划与最优控制，以及在电力电子控制应用等。

王友清，北京化工大学教授，博士生导师。他在山东大学和清华大学获得了学士和博士学位，先后在香港科技大学，加州大学圣巴巴拉分校，阿尔伯塔大学以及山东科技大学访问和工作。研究兴趣包括故障诊断、容错控制、状态监测、迭代学习控制及其在化工和生物医学过程的应用。他曾获得多项荣誉和奖项，包括IET Fellow、 国家杰青、中国自动化学会自然科学奖一等奖、Journal of Process Control最佳论文奖和ADCHEM2015青年作者奖。

Zdzisław Kowalczuk，格但斯克工业大学电子、电信和信息学院自动控制和机器人技术的终身教授，也是机器人和决策系统系主任。他的研究兴趣包括机器人，自适应和预测控制，系统建模、辨识和估计，故障检测和诊断，信号处理，人工智能，控制工程和计算机科学。Kowalczuk教授曾获得1990年和2003年波兰国家教育部的卓越研究奖，1999年波兰国家科学基金会自动控制奖，以及2014年波兰电气工程师协会SEP奖章。他是波兰顾问协会主席，波兰测量、自动控制和机器人学会主席，国际自动控制联合会（IFAC）国家成员组织主席，以及IFAC智能自动驾驶汽车技术委员会(TC 7.5)主席。