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制御理論において、ロバスト制御は不確実性を明確に扱うコントローラ設計のアプローチです。ロバスト制御法は、不確実なパラメータまたは外乱が何らかの（通常はコンパクトな）セット内で見つかった場合に適切に機能するように設計されています。ロバスト法は、制限されたモデリング誤差がある場合でも ロバストなパフォーマンスや安定性を実現することを目的としています。
ボードらの初期の手法はかなり堅牢であったが、1960年代と1970年代に発明された状態空間法は堅牢性に欠けることが判明し、 [1]改良のための研究が促進された。これがロバスト制御理論の始まりであり、1980年代と1990年代に形になり、現在でも活発に行われている。
適応制御ポリシーとは対照的に、ロバスト制御ポリシーは静的であり、変動の測定値に適応するのではなく、コントローラは特定の変数が未知であるが制限されていると仮定して動作するように設計されています。[2] [3]
堅牢性の基準
非公式には、特定のパラメータ セット用に設計されたコントローラが、異なる一連の仮定の下でも適切に機能する場合、そのコントローラは堅牢であると言われます。高ゲイン フィードバックは堅牢な制御方法の簡単な例です。ゲインが十分に高ければ、パラメータの変化の影響は無視できます。閉ループ伝達関数の観点から見ると、高い開ループ ゲインは、システム パラメータの不確実性に直面しても、外乱を大幅に排除します。堅牢な制御の他の例としては、スライディング モード制御やターミナル スライディング モード制御などがあります。
高いループ ゲインを達成する上での大きな障害は、システムのクローズド ループの安定性を維持する必要があることです。安定したクローズド ループ動作を可能にするループ シェーピングは、技術的な課題となる可能性があります。
堅牢な制御システムには、複数のフィードバック ループとフィードフォワード パスを含む高度なトポロジが組み込まれていることがよくあります。制御法則は、堅牢な閉ループ操作で同時に必要な外乱除去性能を達成するために必要な 高次伝達関数によって表される場合があります。
高ゲインフィードバックは、オペアンプやエミッタ縮退バイポーラトランジスタの簡略化されたモデルをさまざまな設定で使用できるようにする原理です。このアイデアは、1927 年にすでにBodeとBlackによって十分に理解されていました。
ロバスト制御の現代理論
ロバスト制御システムの理論は1970年代後半から1980年代初頭に始まり、すぐに制限されたシステムの不確実性に対処するための多くの技術が開発されました。[4] [5]
おそらく、ロバスト制御技術の最も重要な例は、ケンブリッジ大学のダンカン・マクファーレンとキース・グローバーによって開発されたH 無限ループシェーピングです。この方法は、システムの周波数スペクトルに対する感度を最小限に抑え、外乱がシステムに入ったときにシステムが予想される軌道から大きく逸脱しないことを保証します。
アプリケーションの観点から見たロバスト制御の新たな分野は、可変構造制御(VSC)のバリエーションであるスライディング モード制御(SMC) です。不確実性に一致する SMC のロバスト特性と設計のシンプルさにより、さまざまなアプリケーションが注目を集めています。
ロバスト制御は従来、決定論的アプローチに沿って扱われてきましたが、過去20年間、このアプローチは実際の不確実性を説明するには厳格すぎるという理由で批判されてきましたが、一方で過度に保守的な解決策につながることも多々あります。代替案として確率論的ロバスト制御が導入されました。たとえば、[6]では、いわゆるシナリオ最適化理論の範囲内でロバスト制御を解釈しています。
もう一つの例は、線形2次ガウス制御(LQG)の堅牢性問題を克服するために開発されたループ伝達回復(LQG/LTR) [7]です。
その他の堅牢な技術には、定量的フィードバック理論(QFT)、受動性ベースの制御、リアプノフベースの制御などがあります。
通常の動作でシステムの動作が大きく変化する場合は、複数の制御法則を考案する必要があります。それぞれの制御法則は、特定のシステム動作モードに対応します。例として、コンピューターのハード ディスク ドライブが挙げられます。シークと呼ばれる高速磁気ヘッド移動操作、磁気ヘッドが目的の場所に近づくときの過渡的な安定操作、およびディスク ドライブがデータ アクセス操作を実行するトラック追従モードに対応するために、個別の堅牢な制御システム モードが設計されています。
課題の 1 つは、これらの多様なシステム動作モードに対応し、あるモードから次のモードへのスムーズな移行をできるだけ早く実現する制御システムを設計することです。
このような状態マシン駆動型の複合制御システムは、システムの動作の変化に基づいて制御戦略全体が変化するゲイン スケジューリングの考え方を拡張したものです。
参照
- 制御理論
- 制御工学
- 分数次制御
- H無限大制御
- H無限ループ形成
- スライディングモード制御
- インテリジェント制御
- プロセス制御
- 堅牢な意思決定
- 根座
- サーボ機構
- 安定多項式
- 状態空間（コントロール）
- システム識別
- 安定半径
- 等減衰
- アクティブ外乱除去制御
- 定量的フィードバック理論
参考文献
- ^ M. Athans、「LQG問題に関する論説」、IEEE Trans. Autom. Control 16 (1971)、第6号、528ページ。
- ^ J. Ackermann (1993)、Robuste Regelung (ドイツ語)、Springer-Verlag（第1.5節）ドイツ語版。英語版も利用可能
- ^ マンフレッド・モラリ : ホームページ
- ^ サフォノフ：社説
- ^ 周 克敏: ロバスト制御の基本
- ^ G. Calafiore および MC Campi。「シナリオアプローチによるロバスト制御設計」IEEE Transactions on Automatic Control、51(5)、742–753、2006 年。[1]
- ^ http://www.nt.ntnu.no/users/skoge/book.html 多変数フィードバック制御解析と設計（第 2 版）
さらに読む
- V. Barbu & SS Sritharan (1998). 「流体力学の H 無限大制御理論」(PDF) . Proceedings of the Royal Society A . 545 (1979): 3009–3033. Bibcode :1998RSPSA.454.3009B. doi :10.1098/rspa.1998.0289. S2CID 121983192.
- Dullerud, GE; Paganini, F. (2000).ロバスト制御理論講座：凸アプローチ. Springer Verlag New York. ISBN 0-387-98945-5。
- Bhattacharya、Apellat、Keel (2000)。ロバスト制御 - パラメトリックアプローチ。Prentice Hall PTR。ISBN 0-13-781576-X。
- 周 ケミン、ドイル C.、ジョン (1999)。ロバスト制御の基本。プレンティス ホール。ISBN 0-13-525833-2。
- モラリ、マンフレッド。ザフィリウ、エヴァンゲロス (1989)。堅牢なプロセス制御。プレンティス・ホール。ISBN 0-13-782153-0。
- Mahmoud S., Magdi; Munro, Neil (1989).時間遅延システムのロバスト制御とフィルタリング. Marcel Dekker Inc. ISBN 0-8247-0327-8。
- Calafiore, G. (2006). Dabbene, F. (編).不確実性下での設計のための確率的およびランダム化手法. Springer Verlag London Ltd. ISBN 978-1-84628-094-8。
- Briat, Corentin (2015)。線形パラメータ変動および時間遅延システム。分析、観察、フィルタリング、制御。Springer Verlag Heidelberg。ISBN 978-3-662-44049-0。