Надежный контроль - Robust control

В теория управления, надежный контроль это 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 некоторых (обычно компактный ) набор. Надежные методы нацелены на достижение устойчивой производительности и / или стабильность при наличии ограниченных ошибок моделирования.

Ранние методы Боде а другие были довольно крепкими; методы пространства состояний, изобретенные в 1960-х и 1970-х годах, иногда оказывались недостаточно надежными,^[1] побуждая к исследованиям для их улучшения. Это было началом теории устойчивого управления, которая сформировалась в 1980-х и 1990-х годах и действует до сих пор.

В отличие от адаптивное управление политика, надежная политика управления статична, вместо того, чтобы адаптироваться к измерениям вариаций, контроллер разработан для работы в предположении, что некоторые переменные будут неизвестны, но ограничены.^[2]^[3]

Когда метод управления считается надежным?

Неформально контроллер, разработанный для определенного набора параметров, считается 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: Режим скольжения и режим скольжения терминала контроль.

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

Надежные системы управления часто включают передовые 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 надежной работой замкнутого контура.

Обратная связь с высоким коэффициентом усиления - это принцип, позволяющий упростить модели операционные усилители и эмиттер-вырожденный биполярные транзисторы для использования в самых разных условиях. Эта идея была уже хорошо понята Боде и Чернить в 1927 г.

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.^[4]^[5]

Вероятно, наиболее важным примером надежной техники управления является Формирование петли H-бесконечности, который был разработан Дунканом Макфарлейном и Кейт Гловер из Кембриджский университет; 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 приложений является управление скользящим режимом (SMC), который является разновидностью управление 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, чтобы описать реальную неопределенность, хотя он также часто приводит к чрезмерно консервативным решениям. В качестве альтернативы было введено вероятностное робастное управление, см., Например,^[6] который интерпретирует надежный контроль в рамках так называемого оптимизация сценария теория.

Другой пример - восстановление передачи петли (LQG / LTR),^[7] который был разработан, чтобы преодолеть проблемы устойчивости линейно-квадратично-гауссовское управление (LQG) контроль.

Другие надежные методы включают количественная теория обратной связи (QFT), пассивный контроль, Управление на основе Ляпунова, так далее.

Когда поведение системы значительно меняется при нормальной работе, может потребоваться разработка нескольких законов управления. Каждый отдельный закон управления относится к определенному режиму поведения системы. Примером может служить жесткий диск компьютера. Отдельные режимы надежной системы управления разработаны для решения проблемы быстрого перемещения магнитной головки, известной как поиск, переходной операции стабилизации, когда магнитная головка приближается к месту назначения, и режима отслеживания дорожки, в течение которого дисковод 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

^ М. Атанс, редакция по проблеме LQG, IEEE Trans. Автомат. Контроль 16 (1971), вып. 6, 528.
^ Дж. Аккерманн (1993), Робуст Регелунг (на немецком языке), Springer-Verlag (Раздел 1.5) На немецком языке; также доступна английская версия
^ Манфред Морари: Домашняя страница
^ Сафонов: редакция
^ Кемин Чжоу: основы надежного управления
^ Дж. Калафиоре и М.К. Кампи. «Сценарный подход к разработке надежного управления», IEEE Transactions on Automatic Control, 51 (5). 742–753, 2006. [1]
^ http://www.nt.ntnu.no/users/skoge/book.html Анализ и дизайн управления многовариантной обратной связью (2-е издание)

дальнейшее чтение

Ray, L.R .; Стенгель, Р.Ф. (1991). «Стохастическая устойчивость линейно-инвариантных во времени систем управления» (PDF). IEEE Transactions по автоматическому контролю. 36 (1): 82–87. Дои:10.1109/9.62270.
В. Барбу и С. С. Шритаран (1998). "Теория управления H-бесконечностью гидродинамики" (PDF). Труды Королевского общества А. 545 (1979): 3009–3033. Bibcode:1998RSPSA.454.3009B. Дои:10.1098 / rspa.1998.0289.
Dullerud, G.E .; Паганини, Ф. (2000). Курс теории робастного управления: выпуклый подход. Springer Verlag Нью-Йорк. ISBN 0-387-98945-5.
Бхаттачарья; Апеллат; Киль (2000). Надежное управление - параметрический подход (PDF). Prentice Hall PTR. ISBN 0-13-781576-X.
Чжоу, Кемин; Дойл С., Джон (1999). Основы надежного управления. Прентис Холл. ISBN 0-13-525833-2.
Морари, Манфред; Зафириу, Евангелос (1989). Надежный контроль процесса. Прентис Холл. ISBN 0-13-782153-0.
Махмуд С., Магди; Манро, Нил (1989). Надежное управление и фильтрация для систем с задержкой по времени. Marcel Dekker Inc. ISBN 0-8247-0327-8.
Калафиоре, Г. (2006). Даббене, Ф. (ред.). Вероятностные и рандомизированные методы проектирования в условиях неопределенности. Springer Verlag London Ltd. ISBN 978-1-84628-094-8.
Бриат, Корентин (2015). Линейные системы с изменяющимися параметрами и с запаздыванием. Анализ, наблюдение, фильтрация и контроль. Springer Verlag Heidelberg. ISBN 978-3-662-44049-0.

[1] М. Атанс, редакция по проблеме LQG, IEEE Trans. Автомат. Контроль 16 (1971), вып. 6, 528.

[Ackermann-2] Дж. Аккерманн (1993), Робуст Регелунг (на немецком языке), Springer-Verlag (Раздел 1.5) На немецком языке; также доступна английская версия

[3] Манфред Морари: Домашняя страница

[4] Сафонов: редакция

[5] Кемин Чжоу: основы надежного управления

[6] Дж. Калафиоре и М.К. Кампи. «Сценарный подход к разработке надежного управления», IEEE Transactions on Automatic Control, 51 (5). 742–753, 2006. [1]

[7] ttp://www.nt.ntnu.no/users/skoge/book.html Анализ и дизайн управления многовариантной обратной связью (2-е издание)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]