控制理论中,自整定(self-tuning)可以在滿足目標函數英语objective function最大化或是最小化的情形下,將其內部運行參數進行最佳化,一般會是進行效率的最大化,或是錯誤的最小化。

自整定及自動整定(auto-tuning)有時會指同一個概念,許多軟體研究群體認為auto-tuning是較正確的名詞。不過在變頻器領域中,自動整定(auto-tuning)有時只是馬達參數自學習,利用測試信號及演算法量測馬達參數,不一定包括內部運行參數的最佳化[1]

自整定系統一般會包括非線性自适应控制。數十年以來,自整定系統已經是航太產業中的標誌,這類的反饋在非線性過程的多目標最佳控制英语Multi-objective optimization非常重要。在電信產業中,常使用自適應通信英语adaptive communications,其中會動態的調整系統參數,讓效率及強健性都可以最大化。

例子

在運算上的自整定範例包括:

自整定的性能優勢非常的大。美國電腦科學家Jack Dorr認為自整定提昇性能的數量級大約會是三倍左右[來源請求]

數位自整定控制器是硬體層次自整定系統的例子之一。

架構

自整定系統一般包括四個元素:預期、量測、分析及動作。預期會描述系統在給定exogenous條件下應有的行為。 量測會搜集有關條件及系統行為的資料。分析會判斷系統行為是否符合預期,後續應該進行哪些行動。常見的動作是搜集資料,並且動態調整系統的組態。

自整定(自適應)的自動控制系統是可以適應隨機變化條件的系統,其作法是自動調整其參數,或是自動決定其最佳組態[2]。在不是自整定的自動控制系統中,有許多參數會影響系統穩定性及控制品質,可以手動進行調整。若在運作條件大幅變化時(例如輸入訊號或是受控體特性改變時),參數仍維持相同的值,其控制性能可能會退化,甚至不穩定。手動的參數調整很麻煩,而且有時是不可行的。這種情形下使用自整定的自動控制系統,不但有在經濟上或使用方便性的考量,這也是唯一可以實現強健控制的方法。自整定系統可以包括參數測定(parameter determination),也可以不包括參數測定。

在有參數測定的控制系統中,控制水準是靠自動尋找一組最適的參數值來實現的。控制水準是一個概略性的特徵,多半不太能表示成基本參數的函數,就算有,也可能是一個複雜函數,甚至沒有已知的函數可以表示。此特徵可能會用直接量測的方法來取得,也可能根據基本參數再作計算而得。之後會暫時變化這些參數,利用參數變化後產生的控制水準震盪來找出有關參數最適值(也就是讓控制水準出現極值)的資訊。若控制水準的值已不在理想的極值上,需要再調整參數使控制水準回到極值,或是可以到不同條件下的極值。有有參數測定的控制系統就算外部環境變化很大,也可以可靠的運行。

在實際系統中,若控制系統有參數測定機能,需要一段時間才能找到最佳的調整值,因此其需要的時間會比較長,可能會比實際應用可接受的時間要長。若是系統沒有參數測定機能,就沒有這個缺點。這類系統會使用一些量測控制水準的方式(例如某控制參數的一階時間微分)。利用自動整定讓控制水準維持在一定範圍內。有一些方式可以在不測定參數的情形下進行自整定,主要是以控制暫態過程,頻域特性等為主。這些都是閉迴路自整定系統的例子,若控制水準偏離允許範圍,系統會自動修正參數來調整控制水準。相反的,開迴路自整定系統是有些參數補償的機能,其輸入訊號是受控的,依照一定程序來調整系統參數,這類的自整定可以接近即時動作。不過為了要實現自整定,仍需要去瞭解系統運作的環境,並要對環境對控制系統的影響有足夠的瞭解。

實務上,自整定會有用特殊的硬體或是適應性軟體演算法來實現。以下是一些自整定(適應性)軟體的特點:

  1. 幫助控制系統的關鍵流程
  2. 達到最佳運行的條件
  3. 促进控制系统的设计一致性
  4. 縮短系統測試及調適的時間
  5. 在讓系統更加強健的過程中,讓技術協助支援的比例可以下降
  6. 節省系統調適需要的人員及時間

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腳註

  1. ^ Yaskawa V1000 autotune. [2018-02-08]. (原始内容存档于2019-09-05). 
  2. ^ http://bse.sci-lib.com/article099233.html页面存档备份,存于互联网档案馆) Big Soviet Encyclopedia, Self-Tuning Systems] (俄文)

文獻

外部連結