Активное управление подавлением помех
Активное управление подавлением помех (или ADRC , также известное как автоматическое управление подавлением помех). [1] ) — безмодельный метод управления , используемый для проектирования регуляторов для систем с неизвестной динамикой и внешними возмущениями. [2] Этот подход требует только приблизительного представления поведения системы для разработки контроллеров, которые эффективно противодействуют возмущениям, не вызывая каких-либо выбросов.
ADRC успешно используется в качестве альтернативы ПИД-регулированию во многих приложениях, таких как управление синхронными двигателями с постоянными магнитами. [3] тепловые электростанции [4] и робототехника. [5] В частности, точное управление бесщеточными двигателями для совместного движения имеет жизненно важное значение для высокоскоростных промышленных роботов. Однако гибкие конструкции роботов могут вызывать нежелательные вибрации, усложняя работу ПИД-регуляторов. ADRC предлагает решение путем оценки и компенсации возмущений в реальном времени без необходимости создания подробной модели. [6]
Подавление помех
[ редактировать ]Для достижения надежности ADRC основан на расширении модели системы дополнительной фиктивной переменной состояния, представляющей все, что пользователь не включает в математическое описание базовой системы, подлежащей управлению. Это виртуальное состояние (сумма неизвестной части динамики модели и внешних возмущений , обычно обозначаемая как «полное возмущение»). [2] или «генерализованное нарушение» [7] ) оценивается онлайн с помощью расширенного наблюдателя состояния и используется в управляющем сигнале , чтобы отделить систему от фактического возмущения, действующего на объект. Эта функция подавления помех позволяет пользователям рассматривать рассматриваемую систему с помощью более простой модели, поскольку негативные эффекты неопределенности моделирования компенсируются в реальном времени. В результате оператору не требуется точное аналитическое описание базовой системы; можно смоделировать неизвестные части динамики как внутренние возмущения в базовой системе.
Архитектура управления
[ редактировать ]ADRC состоит из трех основных компонентов: дифференциатора отслеживания, нелинейной обратной связи по ошибкам состояния и расширенного наблюдателя состояния. [2] [8] Глобальная сходимость ADRC была доказана для класса общих систем с несколькими входами и многими выходами. [9] [10]
Следующая архитектура известна как структура выходной формы ADRC:
Также существует специальная форма ADRC, известная как структура формы ошибки, которая используется для сравнения ADRC с классическими контроллерами, такими как ПИД. [11]
Дифференциатор отслеживания
[ редактировать ]Основная задача следящего дифференциатора – отслеживать переходный профиль опорного сигнала, решая проблему внезапных изменений уставки, которые возникают в обычном ПИД-регуляторе. [2] Более того, следящий дифференциатор также снижает возможное усиление шума, которое влияет на производную часть ПИД-регулятора, используя численное интегрирование вместо численного дифференцирования. [8]
Расширенный государственный наблюдатель
[ редактировать ]Расширенный наблюдатель состояния (ESO) отслеживает состояния системы, а также внешние возмущения и возмущения неизвестной модели. В результате ADRC не полагается на какую-либо конкретную математическую модель возмущения. Нелинейный ESO (NESO) — это подтип общего ESO, который использует нелинейную разрывную функцию ошибки выходной оценки. NESO сравнимы с наблюдателями со скользящим режимом в том, что оба используют нелинейную функцию ошибки оценки выходного сигнала (а не линейную функцию, как в линейных, с высоким коэффициентом усиления и расширенных наблюдателях). Разрыв наблюдателя скользящего режима находится в начале координат, а разрыв NESO находится на заранее установленном пороге ошибки.
Нелинейная обратная связь по ошибкам состояния
[ редактировать ]Интуитивность ПИД-регулирования можно объяснить простотой обратной связи по ошибкам. ADRC расширяет ПИД за счет использования нелинейной обратной связи по ошибкам состояния, поэтому в основополагающих работах ADRC называется нелинейным ПИД. [12] Ошибки взвешенного состояния также можно использовать в качестве обратной связи в системе линеаризации.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Су, Юй Синь; Чжэн, Чун Хун; Дуань, Бао Ян (31 мая 2005 г.). «Регулятор автоматического подавления возмущений для точного управления движением синхронных двигателей с постоянными магнитами» . Транзакции IEEE по промышленной электронике . 52 (3). ИИЭР: 814–823. дои : 10.1109/TIE.2005.847583 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Хан, Цзинцин (2009). «От ПИД-регулятора к активному управлению подавлением помех» . Транзакции IEEE по промышленной электронике . 56 (3): 900–906. дои : 10.1109/TIE.2008.2011621 . ISSN 1557-9948 . S2CID 206698917 .
- ^ Сира-Рамирес, Хебертт; Линарес-Флорес, Хесус; Гарсиа-Родригес, Карлос; Контрерас-Ордас, Марко Антонио (2014). «Об управлении синхронным двигателем с постоянными магнитами: подход к управлению активным подавлением возмущений» . Транзакции IEEE по технологии систем управления . 22 (5): 2056–2063. дои : 10.1109/TCST.2014.2298238 . ISSN 1063-6536 . S2CID 1000762 .
- ^ Ву, Чжэньлун; Гао, Чжицян; Ли, Дунхай; Чен, ЯнЦюань; Лю, Яньхун (2021). «О переходе от ПИД к АДРК на тепловых электростанциях» . Теория и технология управления . 19 (1): 3–18. дои : 10.1007/s11768-021-00032-4 . ISSN 2095-6983 . S2CID 233709932 .
- ^ Фарех, Рауф; Хадрауи, Софиан; Абдаллах, Махмуд Ю.; Базияд, Мохаммед; Беттаеб, Маамар (2021). «Активное управление подавлением возмущений для робототехнических систем: обзор» . Мехатроника . 80 : 102671. doi : 10.1016/j.mechatronics.2021.102671 . S2CID 244183528 .
- ^ «За пределами ПИД: изучение альтернативных стратегий управления для полевых контроллеров» . www.mathworks.com . Проверено 19 августа 2023 г.
- ^ Хербст, Гернот (2015). «Практическое активное управление подавлением помех: безударная передача, ограничение скорости и инкрементный алгоритм» . Транзакции IEEE по промышленной электронике . 63 (3). IEEE: 1754–1762.
- ^ Перейти обратно: а б Донг Сун (2007). «Комментарии к активному управлению подавлением возмущений» . Транзакции IEEE по промышленной электронике . 54 (6): 3428–3429. дои : 10.1109/TIE.2007.909047 . ISSN 0278-0046 .
- ^ Го, Бао-Чжу; Чжао, Чжи-Лян (2011). «О сходимости следящего дифференциатора» . Международный журнал контроля . 84 (4): 693–701. Бибкод : 2011IJC....84..693G . дои : 10.1080/00207179.2011.569954 . ISSN 0020-7179 . S2CID 31030254 .
- ^ Го, Бао-Чжу; Чжао, Чжи-Лян (2013). «О сходимости нелинейного активного управления подавлением возмущений для систем MIMO» . SIAM Journal по контролю и оптимизации . 51 (2): 1727–1757. дои : 10.1137/110856824 . ISSN 0363-0129 . S2CID 5740371 .
- ^ Мадонски, Рафаль; Хербст, Гернот; Станкович, Момир (2023). «ADRC в выходной и ошибочной форме: связь, эквивалентность, производительность» . Теория и технология управления . 21 (1): 56–71. arXiv : 2211.07427 . дои : 10.1007/s11768-023-00129-y . ISSN 2095-6983 . S2CID 253510300 .
- ^ Хан, Дж. (1994). «Нелинейный ПИД-регулятор». Акта Автоматика Синика . 20 (4): 487–490.