Оптимальный контроллер вычисления H-бесконечности
[ вычисляет стабилизирующий контроллер H∞-optimal K,CL,gamma] = hinfsyn(P,nmeas,ncont)K для завода P. Завод имеет секционированную форму
wu],
где:
w представляет входы возмущений.
u представляет управляющие входы.
z представляет выходные сигналы ошибок, которые должны оставаться малыми.
y представляет выходные сигналы измерений, подаваемые в контроллер.
nmeas и ncont - количество сигналов в y и u соответственно. y и u являются последними выходами и входами Pсоответственно. hinfsyn возвращает контроллер K что стабилизирует P и имеет одинаковое количество состояний. Система замкнутого контура CL = lft(P,K) достигает уровня производительности gamma, которая является H∞ нормой CL (см. hinfnorm).
[ вычисляет контроллер для целевого уровня производительности K,CL,gamma] = hinfsyn(P,nmeas,ncont,gamTry)gamTry. Определение gamTry может быть полезен, когда оптимальная производительность контроллера выше, чем требуется для вашего приложения. В этом случае менее оптимальный контроллер может иметь меньшие коэффициенты усиления и быть более хорошо кондиционированным в числовом отношении. Если gamTry недостижим, hinfsyn прибыль [] для K и CL, и Inf для gamma.
[ поиск в диапазоне K,CL,gamma] = hinfsyn(P,nmeas,ncont,gamRange)gamRange за наилучшую достижимую производительность. Укажите диапазон с вектором формы [gmin,gmax]. Ограничение диапазона поиска может ускорить вычисления, уменьшив число итераций, выполняемых hinfsyn для тестирования различных уровней производительности.
[ задает дополнительные параметры вычислений. Создать K,CL,gamma] = hinfsyn(___,opts)opts, использовать hinfsynOptions. Определить opts после всех других входных аргументов.
hinfsyn дает вам прирост обратной связи с состоянием и выигрыш наблюдателя, который вы можете использовать для выражения контроллера в форме наблюдателя. Форма наблюдателя контроллера K является:
Luewe = Kwxe.
Здесь мы оцениваем наихудшее возмущение, и инновационный термин e задается следующим образом:
− D22u.
hinfsyn возвращает усиления Ku и Kw обратной связи состояния, а наблюдатель получает Lx и Lu в качестве полей в info выходной аргумент.
Эту форму контроллера можно использовать для планирования усиления в Simulink ®. Для этого следует составить таблицу матриц растений и матриц усиления контроллера как функции переменных планирования с использованием блока интерполяции матриц (Simulink). Затем используйте форму наблюдателя контроллера для обновления переменных контроллера по мере изменения переменных планирования.
По умолчанию hinfsyn использует две формулы Риккати ([1], [2]) со сдвигом цикла [3]. Вы можете использоватьhinfsynOptions для перехода к методу на основе LMI ([4], [5], [6]). Можно также указать метод максимальной энтропии. В этом методе hinfsyn возвращает контроллер H∞, который максимизирует интеграл энтропии, относящийся к точке S0. Для систем непрерывного времени этот интеграл:
+
где - функция передачи с замкнутым контуром CL. Подобный интеграл используется для дискретно-временных систем.
Для всех методов функция использует стандартный метод γ-итерации для определения оптимального значения уровня производительности γ. γ-итерация - алгоритм биссекции, начинающийся с высоких и низких оценок γ и итерирующий на значениях γ для приближения к оптимальной схеме управления H∞.
При каждом значении γ алгоритм проверяет значение γ, чтобы определить, существует ли решение. В основанном на Риккати методе алгоритм вычисляет наименьший уровень производительности, для которого существуют стабилизирующие решения Риккати X = X∞/γ и Y = Y∞/γ. Для любого γ выше этого уровня производительности и в диапазоне gamRangeалгоритм оценивает формулы центрального контроллера (формулы K) и проверяет стабильность замкнутого цикла CL = lft(P,K). Этот шаг эквивалентен проверке условий:
min(eig(X)) ≥ 0
min(eig(Y)) ≥ 0
rho(XY) < 1, где спектральный радиус rho(XY) = max(abs(eig(XY)))
Γ, который удовлетворяет этим условиям, проходит. Критерий остановки для алгоритма биссекции требует, чтобы относительная разница между последним сбойным значением γ и последним прошедшим значением γ была меньше 0,01. (Изменить этот критерий можно с помощью hinfsynOptions.) hinfsyn возвращает контроллер, соответствующий наименьшему проверенному значению γ, которое проходит. Для контроллеров дискретного времени алгоритм выполняет дополнительные вычисления для построения матрицы DK прохождения.
Используйте Display вариант hinfsynOptions сделать hinfsyn отображают значения, показывающие, какие из условий удовлетворяются для каждого испытанного значения γ.
Алгоритм лучше всего работает при выполнении заводом следующих условий:
D12 и D21 имеют полный ранг.
jstartIB2C1D12] имеет полный ранг столбца для всех λ ∊ R.
jstartIB1C2D21] имеет полный ранг строки для всех λ ∊ R.
Когда эти условия ранжирования не сохраняются, контроллер может иметь нежелательные свойства. Если D12 и D21 не имеют полного ранга, то контроллер H∞ K может иметь большое высокочастотное усиление. Если любое из двух последних условий ранга не поддерживается на некоторой частоте, контроллер может иметь очень слегка затухающие полюса вблизи этой частоты.
[1] Перчаточник, К., и Дж.К. Дойл. «Формулы состояния-пространства для всех стабилизирующих контроллеров, которые удовлетворяют H∞ норме, связанной с чувствительностью к риску». Системы и контрольные письма, том 11, номер 8, 1988, стр. 167-172.
[2] Дойл, Джей Си, К. Гловер, П. Харгонекар и Б. Фрэнсис. «Государственные решения проблем стандартного H2 и контроля H∞». IEEE Transactions on Automatic Control, Vol 34, Number 8, August 1989, pp. 831-847.
[3] Сафонов, М.Г., Д.Ж.Н. Лаймбир и Р.Я. Чианг. «Упрощение теории H∞ с помощью циклического сдвига, матричного карандаша и концепций дескриптора». Инт. J. Contr., том 50, номер 6, 1989, стр. 2467-2488.
[4] Паккард, А., К. Чжоу, П. Пандей, Дж. Леонхардсон и Г. Балас. «Оптимальное, постоянное масштабирование подобия ввода-вывода для полноинформационных и статусных проблем обратной связи». Системы и контрольные письма, том 19, номер 4, 1992, стр. 271-280.
[5] Гахинет, П. и П. Апкарян. «Подход линейного матричного неравенства к H∞-control». Инт. J. Надежное и нелинейное управление, том 4, номер. 4, 1994, стр 421–448.
[6] Iwasaki, T. и Р. Скелтон. «Все контроллеры для общей проблемы H∞-control: условия существования LMI и формулы пространства состояний». Automatica, том 30, номер 8, 1994, стр. 1307-1317.