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增益调度控制

/gain scheduling control/
条目作者王朝立

王朝立

最后更新 2023-06-15
浏览 179
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研究系统动力学特性随运行条件变化而增益变化的有效控制方法。

英文名称
gain scheduling control
所属学科
控制科学与工程

增益调度本质上是由于闭环系统参数随环境变化而引起的,比如火箭发射过程中质量逐渐减少,电路中的电阻和电容会随温度的变化而变化等。因此,增益调度就是要设计出调度策略来使得闭环系统依然能够保持某种性能。

传统的增益调度设计通常采用将非线性设计任务分解成许多线性子任务,然后分而治之,即首先是非线性系统在各操作点上线性化,然后针对每一个操作点设计适合的线性控制器,最后把这些线性控制器组合在一起以控制整个非线性系统。

它能够将线性鲁棒控制方法融入非线性控制器设计中,在传统的增益调度设计中,对局部控制器可以采用任何一种适合的线性控制器设计方案,如基于观测器的状态反馈控制器设计、控制器设计等。

一般用切换策略或插值方法实现局部控制器对整个非线性系统的控制。切换策略即求解多个典型工作点后形成一张调度表,系统在不同的运行区域使用不同的控制器进行控制;插值方法即在线性控制器之间进行插值,形成全局的非线性控制器。

在局部线性控制器设计中,必须保证调度变量是缓慢变化的,但是对于“缓慢”并没有一个明确的定义,而且现在的飞行器的调度变量通常不是缓慢变化的。虽然在典型工作点可以采用多种线性控制器设计方法,但是并不清楚怎样设计线性控制器使得在插值后,整个被控系统显示出理想的性能。典型工作点设计出来的线性控制器只能保证工作点局部的系统性能,其他区域的控制器性能没有办法进行稳定性证明,只能通过大量的仿真验证。

与传统增益调度的不同之处在于,基于线性变参数的增益调度设计方法直接设计出一个控制器,而不是由线性时不变方法设计的局部控制器结合形成控制器。不像传统的增益调度方法那样提供一个开放的框架结构,该方法通常使用基于范数的性能量度,特别的,诱导范数被广泛运用作为性能量度。在设计方法上多采用现代设计技术,如在参数依赖框架下的控制。允许的参数集可以直接处理,这样得到的控制器在预先定义的运行范围内能够保证闭环系统的某种性能。

  • LIN Z.Global Control of Linear Systems with Saturating Actuators.Automatica,1998,34(7):897-905.

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