В теории управления робастное управление — это подход к проектированию контроллера, который явно имеет дело с неопределенностью. Методы робастного управления предназначены для правильного функционирования при условии, что неопределенные параметры или возмущения находятся в пределах некоторого (обычно компактного ) множества. 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, [1] что побудило исследования по их улучшению. Это было началом теории надежного управления, которая оформилась в 1980-х и 1990-х годах и все еще активна сегодня.
В отличие от адаптивной политики управления , надежная политика управления статична, а не адаптируется к измерениям изменений; контроллер предназначен для работы, предполагая, что определенные переменные будут неизвестными, но ограниченными. [2] [3]
Неформально, контроллер, разработанный для определенного набора параметров, считается надежным, если он также хорошо работает при другом наборе предположений. Обратная связь с высоким коэффициентом усиления является простым примером надежного метода управления; при достаточно высоком коэффициенте усиления влияние любых изменений параметров будет незначительным. С точки зрения передаточной функции замкнутого контура высокий коэффициент усиления разомкнутого контура приводит к существенному подавлению помех в условиях неопределенности параметров системы. Другие примеры надежного управления включают скользящий режим и управление в терминальном скользящем режиме .
Главным препятствием для достижения высоких коэффициентов усиления контура является необходимость поддержания стабильности замкнутого контура системы. Формирование контура, которое обеспечивает стабильную работу замкнутого контура, может быть технической проблемой.
Надежные системы управления часто включают в себя усовершенствованные топологии, которые включают в себя множественные контуры обратной связи и пути прямой связи. Законы управления могут быть представлены передаточными функциями высокого порядка , необходимыми для одновременного достижения желаемой производительности подавления помех с надежной работой замкнутого контура.
Обратная связь с высоким коэффициентом усиления — это принцип, который позволяет использовать упрощенные модели операционных усилителей и эмиттерно-вырожденных биполярных транзисторов в различных условиях. Эта идея была хорошо понята еще Боде и Блэком в 1927 году.
Теория робастной системы управления зародилась в конце 1970-х и начале 1980-х годов и вскоре разработала ряд методов для работы с ограниченной неопределенностью системы. [4] [5]
Вероятно, наиболее важным примером надежной методики управления является формирование петли H-infinity , разработанное Дунканом Макфарлейном и Кейтом 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 появлении возмущений.
Новая область надежного управления с точки зрения применения — это управление скользящим режимом (SMC), которое является разновидностью управления переменной структурой (VSC). Свойства надежности SMC в отношении согласованной неопределенности, а также простота конструкции привлекли множество приложений.
Хотя традиционно робастный контроль рассматривался в рамках детерминированных подходов, в последние два десятилетия этот подход подвергался критике на том основании, что он слишком жесткий для описания реальной неопределенности, в то время как он часто также приводит к слишком консервативным решениям. Вероятностный робастный контроль был введен в качестве альтернативы, см., например, [6] , который интерпретирует робастный контроль в рамках так называемой теории оптимизации сценариев .
Другим примером является восстановление передачи цикла (LQG/LTR) [7] , которое было разработано для преодоления проблем надежности линейно-квадратично-гауссовского управления (LQG).
Другие надежные методы включают количественную теорию обратной связи (QFT), пассивное управление , управление на основе Ляпунова и т. д.
Когда поведение системы значительно меняется при нормальной работе, может потребоваться разработать несколько законов управления. Каждый отдельный закон управления относится к определенному режиму поведения системы. Примером является жесткий диск компьютера. Отдельные надежные режимы системы управления разработаны для того, чтобы решать задачу быстрой операции перемещения магнитной головки, известной как поиск, переходной операции установки, когда магнитная головка приближается к месту назначения, и режима отслеживания дорожки, во время которого дисковод выполняет операцию доступа к данным.
Одной из задач является разработка системы управления, которая учитывает эти разнообразные режимы работы системы и обеспечивает плавный переход из одного режима в другой как можно быстрее.
Такая составная система управления на основе конечного автомата является развитием идеи планирования усиления, где вся стратегия управления изменяется на основе изменений в поведении системы.