Надежное управление

В теории управления устойчивое управление — это подход к проектированию контроллера, который явно учитывает неопределенность. Робастные методы управления предназначены для правильного функционирования при условии, что неопределенные параметры или возмущения находятся в пределах некоторого (обычно компактного ) набора. Робастные методы направлены на достижение надежной 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 надежными, стимулирование исследований по их улучшению. Это положило начало теории робастного управления, которая сформировалась в 1980-х и 1990-х годах и действует до сих пор.

В отличие от политики адаптивного управления , политика надежного управления является статической, а не адаптируется к измерениям изменений. Контроллер предназначен для работы, предполагая, что определенные переменные будут неизвестны, ноограничено.

Критерии надежности

Неофициально контроллер, разработанный для определенного набора параметров, считается надежным, если он также хорошо работает при другом наборе допущений. Обратная связь с высоким коэффициентом усиления — простой пример надежного метода управления; при достаточно высоком коэффициенте усиления влияние любых изменений параметров будет незначительным. С точки зрения передаточной функции с обратной связью , высокий коэффициент усиления с разомкнутой обратной связью приводит к существенному подавлению помех в условиях неопределенности параметров системы. Другие примеры надежного управления включают скользящий режим и скользящим режимом терминала управление .

Основным препятствием для достижения высоких коэффициентов усиления является необходимость поддерживать стабильность системы в замкнутом контуре. Формирование контура, обеспечивающее стабильную работу в замкнутом контуре, может оказаться технической проблемой.

Надежные системы управления часто включают в себя усовершенствованные топологии, включающие несколько контуров обратной связи и путей 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 упрощенные модели операционных усилителей с эмиттерным вырождением и биполярных транзисторов использовать в самых разных условиях. Эту идею уже хорошо поняли Боде и Блэк в 1927 году.

Современная теория робастного управления

Теория робастных систем управления зародилась в конце 1970-х и начале 1980-х годов и вскоре разработала ряд методов борьбы с неопределенностью ограниченной системы.

Вероятно, наиболее важным примером надежного метода управления является формирование петли H-бесконечности , разработанное 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 при попадании в систему возмущений.

Новой областью надежного управления с прикладной точки зрения является управление скользящим режимом (SMC), которое представляет собой разновидность управления переменной структурой (VSC). Устойчивость SMC к согласованной неопределенности, а также простота конструкции привлекли множество применений.

Хотя надежный контроль традиционно рассматривался в рамках детерминистских подходов, в последние два десятилетия этот подход подвергся критике на том основании, что он слишком жесткий для описания реальной неопределенности, а также часто приводит к чрезмерно консервативным решениям. В качестве альтернативы было введено вероятностное устойчивое управление, см., например, это интерпретирует устойчивый контроль в рамках так называемой теории оптимизации сценариев .

Другой пример — восстановление передачи по циклу (LQG/LTR). который был разработан для преодоления проблем устойчивости линейно-квадратично-гауссовского управления (LQG).

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

Когда поведение системы при нормальной работе значительно меняется, 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 предназначены для выполнения операции быстрого перемещения магнитной головки, известной как поиск, операции переходного установления, когда магнитная головка приближается к месту назначения, и режима следования по дорожке, во время которого дисковод выполняет операцию доступа к данным. .

Одной из задач является разработка системы управления, которая учитывала бы эти разнообразные 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, при которой вся стратегия управления меняется в зависимости от изменений в поведении системы.

См. также

• Теория управления
• Техника управления
• Управление дробного порядка
• H-бесконечность управления
• Формирование петли H-бесконечности
• Управление скользящим режимом
• Интеллектуальное управление
• Управление процессом
• Надежное принятие решений
• Корневой локус
• Сервомеханизм
• Стабильный полином
• Пространство состояний (управление)
• Идентификация системы
• Радиус устойчивости
• Изо-демпфирование
• Активное управление подавлением помех
• Количественная теория обратной связи

Дальнейшее чтение

• В. Барбу и СС Шритаран (1998). «Теория управления H-бесконечностью в гидродинамике» (PDF) . Труды Королевского общества А. 545 (1979): 3009–3033. Бибкод : 1998RSPSA.454.3009B . дои : 10.1098/rspa.1998.0289 . S2CID   121983192 .
• Даллеруд, GE; Паганини, Ф. (2000). Курс робастной теории управления: выпуклый подход . Спрингер Верлаг Нью-Йорк. ISBN  0-387-98945-5 .
• Бхаттачарья; Апеллат; Киль (2000). Робастное управление: параметрический подход . Прентис Холл PTR. ISBN  0-13-781576-Х .
• Чжоу, Кемин; Дойл К., Джон (1999). Основы надежного управления . Прентис Холл. ISBN  0-13-525833-2 .
• Морари, Манфред; Зафириу, Евангелос (1989). Надежное управление процессом . Прентис Холл. ISBN  0-13-782153-0 .
• Махмуд С., Магди; Манро, Нил (1989). Робастное управление и фильтрация для систем с задержкой . Марселя Деккера 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 .
• Бриа, Корантен (2015). Линейные системы с переменными параметрами и с запаздыванием. Анализ, наблюдение, фильтрация и контроль . Шпрингер Верлаг Гейдельберг. ISBN  978-3-662-44049-0 .