Введение
В теории управления, робастное управление – это подход к проектированию регулятора, который явно учитывает неопределённости. Методы робастного управления разрабатываются для корректной работы при условии, что неопределенные параметры или возмущения находятся в пределах некоторого (как правило, компактного) множества. Робастные методы направлены на обеспечение робастной производительности и/или устойчивости в присутствии ограниченных ошибок модели. Ранние методы Боде и других были достаточно робастными; методы на основе пространства состояний, изобретенные в 1960-х и 1970-х годах, иногда оказывались недостаточно робастными, что стимулировало исследования по их улучшению. Это положило начало теории робастного управления, которая оформилась в 1980-х и 1990-х годах и остаётся актуальной по сей день. В отличие от адаптивного управления, робастное управление является статичным, а не адаптируется к измерениям изменений; регулятор проектируется для работы, исходя из предположения, что некоторые переменные будут неизвестны, но ограничены.
bounded.
Критерии надежности
Неформально, контроллер, разработанный для определенного набора параметров, считается устойчивым, если он также хорошо работает при иных предположениях. Обратная связь с высоким коэффициентом усиления является простым примером устойчивого управления; при достаточно высоком усилении влияние любых изменений параметров будет пренебрежимо малым. С точки зрения передаточной функции замкнутой системы, высокое усиление в разомкнутом контуре обеспечивает существенное подавление возмущений при неопределенности параметров системы. Другие примеры устойчивого управления включают управление по скользящему режиму и управление по терминальному скользящему режиму. Основным препятствием для достижения высокого усиления в контуре является необходимость обеспечения устойчивости замкнутой системы. Формирование частотной характеристики, позволяющее обеспечить устойчивую работу замкнутой системы, может быть сложной технической задачей. Устойчивые системы управления часто используют передовые топологии, включающие несколько контуров обратной связи и каналов прямой связи. Законы управления могут быть представлены передаточными функциями высокого порядка, необходимыми для одновременного достижения требуемых характеристик подавления возмущений и устойчивой работы замкнутой системы. Высокое усиление обратной связи – это принцип, позволяющий использовать упрощенные модели операционных усилителей и биполярных транзисторов с эмиттерным выходом в различных приложениях. Эта идея была хорошо известна Боде и Блэку еще в 1927 году.
Современная теория надежного контроля
Теория робастного управления начала развиваться в конце 1970-х и начале 1980-х годов и вскоре предложила ряд методов для работы с ограниченной неопределенностью системы. Вероятно, наиболее важным примером техники робастного управления является формирование петли H-бесконечности, разработанное Дунканом Макфарлейном и Китом Гловером из Кембриджского университета; этот метод минимизирует чувствительность системы в ее частотном спектре, что гарантирует, что система не будет значительно отклоняться от ожидаемых траекторий при воздействии возмущений. Управление скользящим режимом (SMC), являющееся разновидностью управления переменной структурой (VSC), представляет собой развивающуюся область робастного управления с точки зрения практического применения. Робастные свойства SMC по отношению к согласованной неопределенности, а также простота проектирования, обусловили широкий спектр применений. Хотя робастное управление традиционно рассматривалось с использованием детерминированных подходов, в последние два десятилетия этот подход подвергался критике как слишком жесткий для описания реальной неопределенности, а также часто приводящий к излишне консервативным решениям. В качестве альтернативы было предложено вероятностное робастное управление, например, интерпретирующее робастное управление в рамках так называемой теории оптимизации по сценариям. Другим примером является восстановление передачи по контуру (LQG/LTR), разработанное для решения проблем робастности линейно-квадратичного гауссовского управления (LQG). К другим робастным техникам относятся теория количественной обратной связи (QFT), управление на основе пассивности, управление на основе функций Ляпунова и т.д. Когда поведение системы значительно меняется в нормальных условиях эксплуатации, может потребоваться разработка нескольких законов управления. Каждый отдельный закон управления предназначен для конкретного режима поведения системы. Примером может служить жесткий диск компьютера. Различные режимы робастного управления разрабатываются для обработки операций быстрого перемещения магнитной головки, известных как поиск, переходного установления при приближении магнитной головки к месту назначения и режима слежения за дорожкой, во время которого дисковод выполняет операции доступа к данным. Одной из задач является разработка системы управления, которая учитывает эти различные режимы работы системы и обеспечивает плавный переход от одного режима к другому как можно быстрее. Такая композитная система управления, управляемая конечным автоматом, является расширением идеи планирования усиления, при которой вся стратегия управления изменяется в зависимости от изменений в поведении системы.