Методы H-бесконечности в теории управления - Википедия - H-infinity methods in control theory

ЧАС (т.е. "ЧАС-бесконечность") методы используются в теория управления синтезировать контроллеры для достижения стабилизации с гарантированной производительностью. Использовать ЧАС методов, разработчик элементов управления выражает проблему управления как математическая оптимизация проблема, а затем находит контроллер, который решает эту оптимизацию. ЧАС методы имеют преимущество перед классическими методами контроля в том, что ЧАС методы легко применимы к задачам, включающим многомерные системы с перекрестной связью между каналами; недостатки ЧАС методы включают в себя уровень математического понимания, необходимый для их успешного применения, и потребность в достаточно хорошей модели системы для управления. Важно помнить, что полученный контроллер является оптимальным только в отношении заданной функции стоимости и не обязательно представляет собой лучший контроллер с точки зрения обычных показателей производительности, используемых для оценки контроллеров, таких как время установления, затраченная энергия и т. Д. Кроме того, нелинейные ограничения, такие как насыщенность, обычно не учитываются. Эти методы были внедрены в теорию управления в конце 1970-х - начале 1980-х гг. Джордж Замес (минимизация чувствительности),[1] Дж. Уильям Хелтон (широкополосное согласование),[2]и Аллен Танненбаум (оптимизация прибыли).[3]

Фраза ЧАС контроль происходит от названия математического пространства, в котором происходит оптимизация: ЧАС это Харди космос из матрица -значные функции, которые аналитический и ограничена в открытой правой половине комплексная плоскость определяется как Re (s)> 0; то ЧАС norm - максимальное сингулярное значение функции в этом пространстве. (Это можно интерпретировать как максимальное усиление в любом направлении и на любой частоте; для SISO систем, это фактически максимальная величина частотной характеристики.) ЧАС Для минимизации воздействия возмущения в замкнутом контуре могут использоваться методы: в зависимости от постановки задачи воздействие будет измеряться либо с точки зрения стабилизации, либо с точки зрения производительности.

Одновременная оптимизация надежной работы и надежной стабилизации затруднена. Один из методов, который приближается к достижению этого, - ЧАС петлеобразование, что позволяет разработчику системы управления применять классические концепции формирования контура к многопараметрической частотной характеристике, чтобы получить хорошие устойчивые характеристики, а затем оптимизирует отклик около полосы пропускания системы для достижения хорошей устойчивой стабилизации.

Коммерческое программное обеспечение доступно для поддержки ЧАС синтез контроллера.

Постановка проблемы

Во-первых, процесс должен быть представлен в следующей стандартной конфигурации:

H-infty plantroduction.png

Завод п имеет два входа, экзогенный вход ш, который включает опорный сигнал и возмущения, а также управляемые переменные ты. Есть два выхода, сигналы ошибки z что мы хотим минимизировать, а измеряемые переменные v, которые мы используем для управления системой. v используется в K для вычисления управляемых переменных ты. Обратите внимание, что все это обычно векторов, в то время как п и K находятся матрицы.

В формулах система:

Следовательно, можно выразить зависимость z на ш в качестве:

Называется ниже дробно-линейное преобразование, определено (индекс происходит от ниже):

Следовательно, цель дизайн управления - найти контроллер такой, что сводится к минимуму согласно норма. То же определение применяется к дизайн управления. Бесконечная норма матрица передаточной функции определяется как:

куда это максимум исключительное значение матрицы .

Достижимый ЧАС Норма замкнутой системы в основном задается через матрицу D11 (когда система п дается в виде (А, B1, B2, C1, C2, D11, D12, D22, D21)). Есть несколько способов попасть на ЧАС контроллер:

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Замес, Джордж (1981). «Обратная связь и оптимальная чувствительность: преобразования эталонных моделей, мультипликативные полунормы и приближенные обратные». IEEE Transactions по автоматическому контролю. 26 (2): 301–320. Дои:10.1109 / tac.1981.1102603.
  2. ^ Хелтон, Дж. Уильям (1978). «Орбитальная структура действия полугруппы преобразований Мебиуса на H-бесконечности (широкополосное согласование)». Adv. Математика. Дополнение Шпилька. 3: 129–197.
  3. ^ Танненбаум, Аллен (1980). «Стабилизация с обратной связью линейных динамических объектов с неопределенностью коэффициента усиления». Международный журнал контроля. 32 (1): 1–16. Дои:10.1080/00207178008922838.

Библиография

  • Дойл, Джон; Фрэнсис, Брюс; Танненбаум, Аллен (1992), Теория управления обратной связью, MacMillan.
  • Грин, М .; Лаймбир, Д. (1995), Линейное надежное управление, Прентис Холл.
  • Скогестад, Сигурд; Постлтуэйт, Ян (1996), Управление многовариантной обратной связью: анализ и проектирование, Вайли, ISBN  978-0-471-94277-1.