魯棒

詳細釋義

所謂“魯棒性”，是指控制系統在一定（結構，大小）的參數攝動下，維持某些性能的特性。根據對性能的不同定義，可分為穩定魯棒性和性能魯棒性。以閉環系統的魯棒性作為目標設計得到的固定控制器稱為魯棒控制器。

當今的自動控制技術都是基於反饋的概念。反饋理論的要素包括三個部分：測量、比較和執行。測量關心的變數，與期望值相比較，用這個誤差糾正調節控制系統的回響。

這個理論和套用自動控制的關鍵是，做出正確的測量和比較後，如何才能更好地糾正系統。

魯棒控制（Robust Control）方面的研究始於20世紀50年代。在最近的20年中，魯棒控制一直是國際自控界的研究熱點。

由於工作狀況變動、外部干擾以及建模誤差的緣故，實際工業過程的精確模型很難得到，而系統的各種故障也將導致模型的不確定性，因此可以說模型的不確定性在控制系統中廣泛存在。如何設計一個固定的控制器，使具有不確定性的對象滿足控制品質，也就是魯棒控制，成為國內外科研人員的研究課題。

魯棒控制的早期研究，主要針對單變數系統（SISO）的在微小攝動下的不確定性，具有代表性的是Zames提出的微分靈敏度分析。然而，實際工業過程中故障導致系統中參數的變化，這種變化是有界攝動而不是無窮小攝動。因此產生了以討論參數在有界攝動下系統性能保持和控制為內容的現代魯棒控制。

現代魯棒控制是一個著重控制算法可靠性研究的控制器設計方法。其設計目標是找到在實際環境中為保證安全要求控制系統最小必須滿足的要求。一旦設計好這個控制器，它的參數不能改變而且控制性能能夠保證。

魯棒控制方法，是對時間域或頻率域來說，一般要假設過程動態特性的信息和它的變化範圍。一些算法不需要精確的過程模型，但需要一些離線辨識。

一般魯棒控制系統的設計是以一些最差的情況為基礎，因此一般系統並不工作在最優狀態。常用的設計方法有：INA方法，同時鎮定，完整性控制器設計，魯棒控制，魯棒PID控制以及魯棒極點配置，魯棒觀測器等。

魯棒控制方法適用於穩定性和可靠性作為首要目標的套用，同時過程的動態特性已知且不確定因素的變化範圍可以預估。飛機和空間飛行器的控制是這類系統的例子。

過程控制套用中，某些控制系統也可以用魯棒控制方法設計，特別是對那些比較關鍵且不確定因素變化範圍大以及穩定裕度小的對象。

但是，魯棒控制系統的設計要由高級專家完成。一旦設計成功，就不需太多的人工干預。另一方面，如果要升級或作重大調整，系統就要重新設計。