0、鲁棒控制系统的设计问题

  给定一个广义控制对象的集合、一个外部输入的集合和由被控输出z表征的一组控制性能,设计一个可实现的控制器,使反馈系统稳定,而且达到要求的控制性能。

1、被控输出z(Control/Regulated Control)

  • 是理论输出。
  • 表示设计的要求和效果。控制单元对被控对像进行控制调节的信号,是以人的主观意识对介质的物理量进行控制。
  • 通过手动调节输出控制信号,达到对介质物理量的控制。
  • z是人们评价的性能指标。
  • z可以是参考输入与对象输出之差。
  • 被控制的输出z往往根据控制问题的不同,而有不同的表现形式。
  • 被控输出z表征一组控制性能。

2、测量输出y(Measured output)

  • 是可以测量得到的输出。
  • 是经过传感器的实际输出,代表实际物理器件的测量信号。
  • 包含所有传感器的输出。
  • 根据介质物理量的变化情况,由检测仪表将变化的介质物理量转变成电信号输出到控制单元,由控制单元根据需要的设定值进行比较,通过预定的控制参数运算,输出控制信号对被测对像的物理量进行调节。
  • 测量输出有两个作用,第一是送到中央操作室供操作人员观察,仅仅是起到对被测介质状态的了解;
  • 第二是送到控制单元,通过控制单元根据预定的参数对比及预定的控制方案(PID)(包括连锁回路),输出控制信号。

3 标准的鲁棒控制框图:

[公式]

z是被控输出、y是测量输出。

4 控制系统设计的基本要求

  • 内部稳定性:控制系统内从工作点附近任意初始状态,出发的轨迹在时间趋于∞时,收敛于工作点;
  • 外部稳定性:保证有界输入,可以得到有界的输出,比内部稳定性要弱;
  • 渐近调节:对于给定的目标输入r和外部扰动d,一个反馈系统必须能够保证

[公式]

  • 动态特性:上升时间、超调量、调节时间要满足设定的指标;
  • 鲁棒性:指当不确定性在一组给定的范围内变化时,必须保证反馈控制系统的稳定性、渐近调节、动态特性不受影响;
  • 鲁棒动态特性:又称灵敏度特性,即要求动态特性不受不确定性的影响;