Робастное управление динамическими объектами

4. Задача смешанной чувствительности

Компромисс между хорошим качеством управления и хорошей робастностью достигается посредством частотного разделения их при формулировании задачи смешанной чувствительности следующим образом.

Вначале взвешивают So и To с помощью весовых функций W1 и W3, а затем формируют передаточную функцию Tzd от возмущения d к фиктивному выходному сигналу

z=z1z2, где z1 = W1 y, где z2 = W3 yp

(см. раздел 3 рис. 1):

Tzd = W1SoW3To, Tzd ∞≤1.

Для того, чтобы добиться минимального влияния возмущения d на выход z, нужно минимизировать H∞-норму передаточной функции системы с учетом ограничения 2-нормы выходного сигнала при действии на вход системы сигнала, ограниченного по 2-норме, согласно следующей лемме [6]:

Лемма. Если w∈L2 и Z = Gw , то z2 ≤ G∞w2.

Доказательство

z22 = 12π∫-∞∞z(jω)2dω = 12π∫-∞∞G(jω)w(jω)2dω ≤≤ 12π∫-∞∞σ(G(jω))2w(jω)2dω ≤ sup σ(G(jω))2 12π∫-∞∞w(jω)2dω = G∞2w22

Тогда задача робастного управления ставится как задача H∞ оптимизации [2, 13]

(16) Tzd(P,K)∞ →K  min,

где K – принадлежит множеству внутренне стабилизирующих регуляторов. При этом матричные весовые функции W1(jω), W3(jω)

1σ[So(jω)] ≥ σ[W1(jω)],  

σ[ To (jω)] ≤ σ[W3-1(jω)], 

выбираются так, чтобы задать границы области достижения желаемого качества управления (performance bound) и робастного запаса устойчивости (robustness bound) (рис. 2). Тогда на низких частотах

1σ[So(jω)] ≈ σ[Lo(jω)] ≥ σ[W1(jω)] ≫ 1, 

а на высоких частотах

σ[So(jω)] ≈ σ[Lo(jω)] ≤ σ[W3-1(jω)] ≪ 1. 

Здесь использованы следующие неравенства [9]

σ(Lo)-1 ≤ σ(Lo+I)≤σ(Lo)+1,

σ(Lo)-1 ≤ 1σ(S) ≤ σ(Lo)+1,

σ(Lo) ≫ 1 ⇒ σ(Lo) ≈ 1σ(So)..

Рис. 2. Спецификация на So и To посредством частотных зависимостей сингулярных чисел [32].