Надежный контроль - Robust control

В теории управления , надежный контроль является подход к проектированию контроллера , который явно имеет дело с неопределенностью. Надежные методы управления предназначены для правильного функционирования при условии, что неопределенные параметры или возмущения обнаруживаются в некотором (обычно компактном ) наборе. Устойчивые методы нацелены на достижение устойчивой производительности и / или стабильности при наличии ограниченных ошибок моделирования.

Ранние методы Боде и других были довольно надежными; методы пространства состояний, изобретенные в 1960-х и 1970-х годах, иногда оказывались недостаточно устойчивыми, что побуждало исследования по их усовершенствованию. Это было началом теории устойчивого управления, которая сформировалась в 1980-х и 1990-х годах и действует до сих пор.

В отличие от адаптивной политики управления , надежная политика управления статична: контроллер не адаптируется к измерениям вариаций, а рассчитан на работу, предполагающую, что определенные переменные будут неизвестны, но ограничены.

Когда метод управления считается надежным?

Неформально контроллер, разработанный для определенного набора параметров, называется надежным, если он также хорошо работает при другом наборе предположений. Обратная связь с высоким коэффициентом усиления - простой пример надежного метода управления; при достаточно высоком усилении влияние любых изменений параметров будет незначительным. С точки зрения передаточной функции замкнутого контура, высокий коэффициент усиления разомкнутого контура приводит к значительному подавлению возмущений в условиях неопределенности параметров системы. Другие примеры надежного управления включают скользящий режим и управление скользящим режимом терминала .

Основным препятствием для достижения высоких коэффициентов усиления контура является необходимость поддержания стабильности системы с обратной связью. Формирование контура, обеспечивающее стабильную работу с замкнутым контуром, может быть технической проблемой.

Надежные системы управления часто включают в себя сложные топологии, которые включают несколько контуров обратной связи и трактов прямой связи. Законы управления могут быть представлены передаточными функциями высокого порядка, необходимыми для одновременного достижения желаемых характеристик подавления помех с устойчивой работой с обратной связью.

Обратная связь с высоким коэффициентом усиления - это принцип, который позволяет использовать упрощенные модели операционных усилителей и биполярных транзисторов с вырожденным эмиттером в различных условиях. Эта идея была хорошо понята Боде и Блэком в 1927 году.

Современная теория робастного управления

Теория робастного управления зародилась в конце 1970-х - начале 1980-х годов и вскоре разработала ряд методов для работы с ограниченной системной неопределенностью.

Вероятно, наиболее важным примером надежной техники управления является формирование контура H-бесконечности , которое было разработано Дунканом Макфарлейном и Китом Гловером из Кембриджского университета ; этот метод минимизирует чувствительность системы по ее частотному спектру, и это гарантирует, что система не будет сильно отклоняться от ожидаемых траекторий, когда в систему попадают возмущения.

Новой областью надежного управления с точки зрения приложения является управление в скользящем режиме (SMC), которое является разновидностью управления переменной структурой (VSC). Свойства устойчивости SMC в отношении согласованной неопределенности, а также простота конструкции привлекли множество приложений.

В то время как устойчивый контроль традиционно рассматривался с помощью детерминированных подходов, в последние два десятилетия этот подход подвергался критике на том основании, что он слишком жесткий для описания реальной неопределенности, хотя он часто также приводит к чрезмерно консервативным решениям. В качестве альтернативы было введено вероятностное робастное управление, см., Например, интерпретацию робастного управления в рамках так называемой теории оптимизации сценария .

Другой пример - восстановление с переносом контура (LQG / LTR), которое было разработано для преодоления проблем устойчивости линейно-квадратично-гауссовского управления (LQG).

Другие надежные методы включают количественную теорию обратной связи (QFT), пассивность на основе управление , управление на основе ляпуновского и т.д.

Когда поведение системы значительно меняется при нормальной работе, может потребоваться разработать несколько законов управления. Каждый отдельный закон управления относится к определенному режиму поведения системы. Примером может служить жесткий диск компьютера. Отдельные режимы надежной системы управления предназначены для выполнения операции быстрого перемещения магнитной головки, известной как поиск, операции переходной стабилизации, когда магнитная головка приближается к месту назначения, и режима отслеживания дорожки, в течение которого дисковый накопитель выполняет свою операцию доступа к данным. .

Одна из задач - разработать систему управления, которая учитывала бы эти различные режимы работы системы и обеспечивала бы плавный переход от одного режима к другому как можно быстрее.

Такая составная система управления, управляемая конечным автоматом, является расширением идеи планирования усиления, в которой вся стратегия управления изменяется в зависимости от изменений в поведении системы.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение