Robustní řízení

Prerekvizita:

Teorie dynamických systémů (X35TDS)

Předmět je náhradou za:

Robustní řízení (35ROR)

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra řídicí techniky

Anotace:

Robustní řízení představuje sadu metod pro návrh řízení, které se snaží brát v úvahu nepřesnosti v modelování dynamických systémů, případně nestálost takových modelů v průběhu samotného procesu řízení. V tomto kurzu bude vysvětleno, jak modelovat neurčitosti v matematických modelech reálných dynamických systémů, a jak tyto modely následně použít pro návrh robustních regulátorů. Důraz bude kladen na prakticky osvědčený návrh regulátoru ve frekvenční oblasti (moderní optimalizační metody označované jako Hinf a mu-syntéza), ale předvedeny budou i intuitivní grafické návrhové metody pro modely s neurčitými fyzikálními parametry. Zahrnuty do kurzu jsou i lineární maticové nerovnosti a semidefinitní programování jako optimalizační nástroje pro řešení řady úloh v robustním řízení a některé výpočetní metody pro redukci řádu modelu systému.

Požadavky:

Základní pojmy a postupy ze zpětnovazebního řízení: zpětná vazba, stabilita, Bodeho frekvenční charakteristiky, Nyquistovo kritérium stability, vyjádření požadavků na kvalitu řízení pomocí omezení na tvar amplitudové frekvenční charakteristiky.

Rozsahem na úrovni předmětů SAM, SRI a TDS.

lZákladní pojmy a dovednosti z maticové lineární algebry: vlastní čísla, řešení soustavy lineárních rovnic, singulární rozklad matice (SVD).

Osnova přednášek:

1.Modelování neurčitostí v dynamických systémech.

2.Analýza robustní stability a robustní kvality řízení pro nestrukturované neurčitosti.

3.Analýza pro strukturované neurčitosti: mu-analýza.

4.Inherentní omezení kvality řízení: SISO systémy.

5.Inherentní omezení kvality řízení: MIMO systémy.

6.Návrh robustního regulátoru pro nestrukturované neurčitosti metodou Hinf optimalizace.

7.Návrh robustního regulátoru pro strukturované neurčitosti pomocí DK iterací (mu-syntéza).

8.Robustní tvarování frekvenční charakteristiky pomocí Hinf optimalizace.

9.Redukce řádu modelu.

10.Lineární maticové nerovnosti (LMI) a semidefinitní programování.

11.Použití LMI pro analýzu a syntézu řízení: výpočet Hinf optimálního regulátoru, kvadratická stabilita, LPV systémy.

12.Analýza robustní stability pro parametrické neurčitosti.

13.-14.Návrh robustního regulátoru pro parametrické neurčitosti.

Osnova cvičení:

1.Modelování neurčitostí v dynamických systémech.

2.Analýza robustní stability a robustní kvality řízení pro nestrukturované neurčitosti.

3.Analýza pro strukturované neurčitosti: mu-analýza.

4.Inherentní omezení kvality řízení: SISO systémy.

5.Inherentní omezení kvality řízení: MIMO systémy.

6.Návrh robustního regulátoru pro nestrukturované neurčitosti metodou Hinf optimalizace.

7.Návrh robustního regulátoru pro strukturované neurčitosti pomocí DK iterací (mu-syntéza).

8.Robustní tvarování frekvenční charakteristiky pomocí Hinf optimalizace.

9.Redukce řádu modelu.

10.Lineární maticové nerovnosti (LMI) a semidefinitní programování.

11.Použití LMI pro analýzu a syntézu řízení: výpočet Hinf optimálního regulátoru, kvadratická stabilita, LPV systémy.

12.Analýza robustní stability pro parametrické neurčitosti.

13.-14.Návrh robustního regulátoru pro parametrické neurčitosti.

Cíle studia:

Studijní materiály:

Průběžně doplňované poznámky k přednáškám [pdf soubor na stránkách předmětu http://dce.felk.cvut.cz/ror ]

Podklady profesora M. Šebka k jeho přednáškám předmětu RoR z let 1998-2004 [pdf soubory na stránkách předmětu]

Volně dostupné poznámky k přednáškám pro související zahraniční kurzy:

O. H. Bosgra, H. Kwakernaak, G. Meinsma. Design Methods for Control Systems: Lecture notes for DISC course, 2005. Přes 300 stran ke stažení jako PDF na http://wwwhome.math.utwente.nl/~meinsmag/courses/dmcs/

J. Doyle, B. Francis, A. Tannenbaum. Feedback Control Theory. Macmillan Publishing, 1990. Celá kniha v PDF volně ke stažení na http://www.control.utoronto.ca/people/profs/francis/dft.html

C. Scherer, S. Weiland. Linear Matrix Inequalities in Control: Lecture notes for DISC course, 1999. Přes 200 stran ke stažení jako PDF na http://www.cs.ele.tue.nl/sweiland/lmi.html

S. Skogestad, I. Postlethwaite. Multivariable Feedback Control: Analysis and Design. John Wiley & Sons, 2.vydání, 2005. První tři kapitoly volně ke stažení jako PDF na http://www.nt.ntnu.no/users/skoge/book/

Doporučené knihy na zahraničním knižním trhu:

S. Skogestad, I. Postlethwaite. Multivariable Feedback Control: Analysis and Design. John Wiley & Sons, 2.vydání, 2005. Podle této knihy byl kurz připravován.

J. Ackermann. Robust Control: The Parameter Space Approach. Springer-Verlag London,2002.

S. P. Bhattacharyya, H. Chapellat, L. H. Keel. Robust Control: The Parametric Approach. Prentice-Hall, 1996.

R. B. Barmish. New Tools for Robustness of Linear Systems. MacMillan, 1994.

S. Boyd, C. H. Barratt. Linear Controller Design: Limits of Performance. Prentice-Hall, 1991.

J. B. Burl. Linear Optimal Control: H2 and Hinfinity Methods. Addison Wesley Longman, 1999.

M. A. Dahleh, I. J. Diaz-Bobillo. Control of Uncertain Systems: A Linear Programming Approach. Prentice-Hall, 1995.

K. Zhou, J. C. Doyle, K. Glover. Robust and Optimal Control. Prentice-Hall, 1996.

K. Zhou, J. C. Doyle. Essentials of Robust Control. Prentice-Hall, 1997.

G. E. Dullerud, F. Paganini. A Course in Robust Control Theory. Springer-Verlag, 2000.

M. Morari, E. Zafiriou. Robust Process Control. Prentice-Hall, 1989.

C.H. Houpis, S.J. Rasmussen. Quantitative Feedback Theory: Fundamentals and Applications. Marcel Dekker, 1999.

Poznámka:

Rozsah výuky v kombinované formě studia: 19+2

Typ cvičení: s, c

Předmět je nabízen také v anglické verzi.

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Kybernetika a měření - řídicí technika- strukturované studium (povinně volitelný předmět)
• Kybernetika a měření - umělá inteligence- strukturované studium (povinně volitelný předmět)
• Kybernetika a měření - měřicí a přístrojové systémy- strukturované studium (povinně volitelný předmět)
• Kybernetika a měření - letecké informační a řídicí systémy- strukturované studium (povinně volitelný předmět)