鲁棒控制

在控制理论中，鲁棒控制是一种明确处理不确定性的控制器设计方法。 鲁棒控制方法被设计为在某些（通常是紧凑的）集合中发现不确定参数或干扰时正常运行。 稳健方法旨在在存在有限建模误差的情况下实现稳健的性能和/或稳定性。

与自适应控制策略相比，鲁棒控制策略是静态的，而不是适应变化的测量，控制器被设计为在假设某些变量未知但有界的情况下工作。

通俗地说，如果针对一组特定参数设计的控制器在一组不同的假设下也能很好地工作，则它被认为是稳健的。 高增益反馈是鲁棒控制方法的一个简单示例； 如果增益足够高，任何参数变化的影响都可以忽略不计。 从闭环传递函数的角度来看，面对系统参数的不确定性，高开环增益会导致显着的干扰抑制。 鲁棒控制的其他示例包括滑动模式和终端滑动模式控制。

实现高环路增益的主要障碍是需要保持系统闭环稳定性。 允许稳定闭环操作的环路整形可能是一项技术挑战。

鲁棒控制系统通常采用先进的拓扑结构，其中包括多个反馈回路和前馈路径。 控制规律可以由同时实现期望的干扰抑制性能和稳健的闭环操作所需的高阶传递函数来表示。

高增益反馈是允许在各种不同设置中使用运算放大器和发射极退化双极晶体管的简化模型的原理。 博德和布莱克在 1927 年就已经很好地理解了这个想法。

鲁棒控制系统理论始于 20 世纪 70 年代末和 80 年代初，并很快发展出许多处理有界系统不确定性的技术。

鲁棒控制技术最重要的例子可能是 H 无限循环整形，它是由剑桥大学的 Duncan McFarlane 和 Keith Glover 开发的； 这种方法将系统对其频谱的敏感性降至最低，这保证了当干扰进入系统时系统不会xxx偏离预期轨迹。

从应用的角度来看，鲁棒控制的一个新兴领域是滑模控制 (SMC)，它是变结构控制 (VSC) 的一种变体。 SMC 在匹配不确定性方面的鲁棒性以及设计的简单性吸引了各种应用。

虽然鲁棒控制传统上是通过确定性方法来处理的，但在过去的二十年中，这种方法受到批评，因为它过于僵化而无法描述真正的不确定性，同时它通常也会导致过于保守的解决方案。 概率鲁棒控制已被引入作为替代方案，参见例如 在所谓的场景优化理论中解释鲁棒控制。

另一个例子是环路传输恢复 (LQG/LTR)，它是为克服线性二次高斯控制 (LQG) 控制的鲁棒性问题而开发的。

其他鲁棒技术包括定量反馈理论 (QFT)、基于被动的控制、基于李雅普诺夫的控制等。

当系统行为在正常操作中变化很大时，可能必须设计多个控制法则。 每个不同的控制律针对特定的系统行为模式。 一个例子是计算机硬盘驱动器。 独立的鲁棒控制系统模式被设计用于解决快速磁头遍历操作（称为寻道）、磁头接近其目的地时的过渡稳定操作以及磁盘驱动器执行其数据访问操作的磁道跟踪模式 .

其中一个挑战是设计一个控制系统来解决这些不同的系统操作模式，并尽可能快地从一种模式平稳过渡到另一种模式。

这种状态机驱动的复合控制系统是增益调度思想的扩展，其中整个控制策略根据系统行为的变化而变化。