輸出調節

名詞解釋

輸出調節問題（Output regulation problem）是從數學實際控制問題中得到的，例如飛行器的姿態跟蹤和擾動抑制、高速列車的振動抑制、惡劣天氣下的飛機的升降問題、機器人的操作控制等。

控制理論中的一個基本問題是，在系統受到外部干擾時，如何設計反饋控制器在確保閉環系統穩定的前提下，實現系統的輸出漸近跟蹤一個參考輸入信號。當擾動信號和參考輸入信號由一個自治微分方程產生時，這類問題稱為輸出調節問題，又稱作伺服控制問題。問題中的自治微分方程被稱為外系統，其產生的信號被稱為外信號。

輸出調節問題可以用來描述很多控制問題。比如，在定點控制問題中，常值參考輸入信號可以由一個右邊為零的微分方程產生。每一個具體的參考輸入信號由該微分方程的零初始狀態決定。這樣我們就將定點控制問題描述為輸出調節問題。同樣，在控制同步問題中，如果將自治的“主系統”看作是輸出調節問題中的外系統，將“從系統”看作被控對象，則控制同步問題就可以描述為輸出調節問題。

發展概況

輸出調節問題最早可以追溯到十八世紀的第一次工業革命，1769 年，James Watt 發明了自動調節蒸汽機轉速的調速器，使蒸汽機在遇到變負荷時，自動調速。調速器的設計其實就是輸出調節思想的套用。然而，直到兩個世紀之後，輸出調節問題才得到控制界的廣泛關注，並成為現代控制理論和套用提高的驅動力。

內模原理的產生使得線性系統的輸出調節的完美解決，輸出調節問題開始從線性輸出調節問題向非線性輸出調節問題發展。特別是二十世紀九十年代初，Isidori和Byrnes提出了調節器方程可解是非線性輸出調節問題可解的充分條件，這一奠基性的結果使得輸出調節問題在近二十年里成為控制領域研究中的熱點問題，引起了眾多學者對非線性輸出調節問題的研究。

然而，由於非線性系統的複雜性，關於不確定非線性系統的輸出調節問題無論在理論上還是在套用上還處於起步階段。特別是當某類受控系統中的的狀態具有未知不確定函式、時滯，或者系統狀態不可測量，或者非線性函式不滿足匹配條件時，或外部系統為非線性時，有許多問題都值得研究。