Robust kontrol - Robust control
I kontrolteori er robust kontrol en tilgang til controller -design, der eksplicit behandler usikkerhed. Robuste kontrolmetoder er designet til at fungere korrekt, forudsat at der findes usikre parametre eller forstyrrelser inden for nogle (typisk kompakte ) sæt. Robuste metoder sigter mod at opnå robust ydeevne og/eller stabilitet i nærvær af begrænsede modelleringsfejl.
De tidlige metoder til Bode og andre var temmelig robuste; state-space-metoderne opfundet i 1960'erne og 1970'erne viste sig undertiden at mangle robusthed, hvilket fik forskning til at forbedre dem. Dette var starten på teorien om robust kontrol, som tog form i 1980'erne og 1990'erne og stadig er aktiv i dag.
I modsætning til en adaptiv kontrolpolitik er en robust kontrolpolitik statisk, i stedet for at tilpasse sig målinger af variationer, er controlleren designet til at fungere under forudsætning af, at visse variabler vil være ukendte, men afgrænsede.
Hvornår siges en kontrolmetode at være robust?
Uformelt siges en controller designet til et bestemt sæt parametre at være robust, hvis den også fungerer godt under et andet sæt forudsætninger. Feedback med høj gevinst er et enkelt eksempel på en robust kontrolmetode; med tilstrækkelig høj forstærkning vil effekten af eventuelle parametervariationer være ubetydelig. Set fra lukkede kredsløbsoverførselsfunktionsperspektiver fører høj open-loop-forstærkning til betydelig afvisning af forstyrrelser i lyset af systemparameterusikkerhed. Andre eksempler på robust kontrol omfatter glidefunktion og terminal glidefunktionskontrol .
Den største hindring for at opnå høje sløjfe gevinster er behovet for at opretholde system lukket kredsløb stabilitet. Loopformning, der muliggør stabil drift med lukket kredsløb, kan være en teknisk udfordring.
Robuste kontrolsystemer indeholder ofte avancerede topologier, der inkluderer flere feedback-sløjfer og feed-forward-stier. Kontrollovene kan repræsenteres af overordnede overførselsfunktioner, der kræves for samtidig at opnå den ønskede forstyrrelsesafvisningsevne med den robuste lukkede drift.
Feedback med høj forstærkning er princippet, der gør det muligt at anvende forenklede modeller af operationsforstærkere og emitter-degenererede bipolære transistorer i en række forskellige indstillinger. Denne idé blev allerede godt forstået af Bode og Black i 1927.
Den moderne teori om robust kontrol
Teorien om robust kontrol begyndte i slutningen af 1970'erne og begyndelsen af 1980'erne og udviklede hurtigt en række teknikker til håndtering af afgrænset systemusikkerhed.
Sandsynligvis det vigtigste eksempel på en robust kontrolteknik er H-infinity loop-shaping , som blev udviklet af Duncan McFarlane og Keith Glover fra Cambridge University ; denne metode minimerer et systems følsomhed over dets frekvensspektrum, og dette garanterer, at systemet ikke i høj grad vil afvige fra forventede baner, når forstyrrelser kommer ind i systemet.
Et voksende område med robust kontrol fra applikationssynspunkt er glidemodustyring (SMC), som er en variation af variabel strukturstyring (VSC). SMC's robusthedsegenskaber med hensyn til matchet usikkerhed samt enkelheden i designet tiltrak en række anvendelser.
Selvom robust kontrol traditionelt er blevet behandlet langs deterministiske tilgange, er denne tilgang i de sidste to årtier blevet kritiseret på grundlag af, at den er for stiv til at beskrive reel usikkerhed, mens den ofte også fører til overkonservative løsninger. Probabilistisk robust kontrol er blevet indført som et alternativ, se f.eks. At fortolker robust kontrol inden for den såkaldte scenariooptimeringsteori .
Et andet eksempel er loop transfer recovery (LQG/LTR), som blev udviklet for at overvinde robusthedsproblemerne ved lineær-kvadratisk-gaussisk kontrol (LQG) kontrol.
Andre robuste teknikker inkluderer kvantitativ feedback -teori (QFT), passivitetsbaseret kontrol , Lyapunov -baseret kontrol osv.
Når systemadfærd varierer betydeligt ved normal drift, skal der muligvis udarbejdes flere kontrollove. Hver særskilt kontrollov adresserer en bestemt systemadfærdstilstand. Et eksempel er en computer harddisk. Separate robuste kontrolsystemtilstande er designet til at imødegå den hurtige magnetiske hovedtraversering, kendt som søgen, en overgangsafviklingsoperation, når magnethovedet nærmer sig sin destination, og en sporefølge -tilstand, hvor diskdrevet udfører sin dataadgangsoperation .
En af udfordringerne er at designe et kontrolsystem, der adresserer disse forskellige systemdriftstilstande og muliggør jævn overgang fra en tilstand til den næste så hurtigt som muligt.
Sådanne statsmaskindrevne sammensatte kontrolsystemer er en forlængelse af forstærkningsplanlægningsideen, hvor hele kontrolstrategien ændres baseret på ændringer i systemadfærd.
Se også
- Kontrolteori
- Kontrolteknik
- Fraktionel ordrekontrol
- H-uendelig kontrol
- H-infinity loop-shaping
- Glidefunktionskontrol
- Intelligent kontrol
- Proces kontrol
- Robust beslutningstagning
- Rodlokus
- Servomekanisme
- Stabilt polynom
- Statligt rum (kontrol)
- Systemidentifikation
- Stabilitetsradius
- Iso-dæmpning
- Aktiv forstyrrelse afvisning kontrol
- Kvantitativ feedbackteori
Referencer
Yderligere læsning
- V. Barbu & SS Sritharan (1998). "H-infinity Control Theory of Fluid Dynamics" (PDF) . Afvikling af Royal Society A . 545 (1979): 3009–3033. Bibcode : 1998RSPSA.454.3009B . doi : 10.1098/rspa.1998.0289 .
- Dullerud, GE; Paganini, F. (2000). Et kursus i robust kontrolteori: en konveks tilgang . Springer Verlag New York. ISBN 0-387-98945-5.
- Bhattacharya; Apellat; Keel (2000). Robust kontrol-Den parametriske tilgang . Prentice Hall PTR. ISBN 0-13-781576-X.
- Zhou, Kemin; Doyle C., John (1999). Essentials of Robust Control . Prentice Hall. ISBN 0-13-525833-2.
- Morari, Manfred; Zafiriou, Evanghelos (1989). Robust processtyring . Prentice Hall. ISBN 0-13-782153-0.
- Mahmoud S., Magdi; Munro, Neil (1989). Robust kontrol og filtrering til tidsforsinkelsessystemer . Marcel Dekker Inc. ISBN 0-8247-0327-8.
- Calafiore, G. (2006). Dabbene, F. (red.). Probabilistiske og randomiserede metoder til design under usikkerhed . Springer Verlag London Ltd. ISBN 978-1-84628-094-8.
- Briat, Corentin (2015). Lineære parametre-varierende og tidsforsinkede systemer. Analyse, observation, filtrering og kontrol . Springer Verlag Heidelberg. ISBN 978-3-662-44049-0.