用于在控制器之间进行切换的技术制造技术

给出了一种用于在ｍ个线性多变量控制器之间进行切换的控制器设计，其每一个控制器稳定线性设备。为了获得在没有设备模型不确定性的情况下对任何切换信号σ（ｔ）指数地稳定的闭环系统，利用了Ｙｏｕｌａ－Ｋｕｃｅｒａ分解。还考虑了对实际模型不确定性的鲁棒性，并且给出了非结构化加性设备不确定性的可容许大小的下界和上界。数值例子展示了，在所提出的控制器设计中，两个控制器自由度可被用来分开地修改闭环稳态（相对于σ（ｔ））性能和切换瞬变。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般而言涉及控制系统，更具体而言，涉及用于在在线控 制器之间进行切换的技术，所述技术保证闭环的稳定性，并且量化由 切换所引起的闭环瞬变。
技术介绍
在许多工业应用中需要在多个特定控制器之间进行切换，然而， 用于切换的技术常常是专门的，并且经常存在由控制器切换所引起的 大的瞬变。在极端情况下，可能导致闭环的不稳定性。随着新系统的 设计因为对高性能特征的依赖而变得越来越复杂，这种情况得到增 加，其中所述高性能特征需要紧密公差和对系统变化的更高鲁棒性。当前用于解决切换问题的技术并不提供性能和稳定性的充分保证；实 际上，大多数仅通过仿真来测试。而且，这些方法通常基于在工业实 践中可能会难以实施的高度数学的设计。专利技术概要本专利技术部分地基于一种使得能够在m个线性多变量控制器之间 进行切换的筒单控制器重配置技术的开发，其每一个控制器稳定一个 固定的线性多变量设备(plant)。本专利技术的控制器配置通过多个特征 来表征，举例来说，比如(i)对于控制器之间的任意切换保证指数 稳定性，(ii)用于整形在切换之后的瞬变的设计自由度被包括，(iii) 可以在存在实际设备模型不确定性的情况下计算系统的鲁棒稳定性 的下界和上界。关于结果的实际实施，所提出的控制器的每一个线性 组件(component)可以以任何实现方式来实施，只要每一个不包含 不稳定的内部模式。仅仅每一组件的输入-输出特性是重要的。在一个实施例中，本专利技术是针对一种切换式控制系统，其适合用于控制设备，所述系统包括多个子控制器，其中每一子控制器能够单独地稳定所述设备；以及装置，用于在所述多个子控制器之间进行切换，以便将一个所述 子控制器连接成在线的并且从而控制所述设备，以及其中所述切换式 控制系统在任意切换下是闭环稳定的。在另 一 个实施例中，本专利技术是针对 一 种操作切换式控制系统的方 法，其对于任意的外生切换信号是稳定的，并且其包括多个子控制器， 用于通过响应于任意信号而在所迷多个子控制器之间进行切换来控 制设备，所述方法包括以下步骤(a) 提供多个子控制器，其每一个可以单独地稳定所述设备；(b) 构造所述多个子控制器的模型，其中所述模型指示所述多 个子控制器的动态特性；(c) 将每一个所述子控制器分解成两个或更多个块；(d) 并行且连续地实施所述多个子控制器，其中每一个子控制 器产生输出控制信号，以使在所述多个子控制器的每一个之间的任意 切换被允许；以及(e) 从所述子控制器之一 中选择输出控制信号来控制所述设备。 在又一个实施例中，本专利技术是针对一种适合用于控制设备的系统，其包括多个子控制器，其每一个可以单独地稳定所述设备，其中 所述多个子控制器通过指示所述多个子控制器的动态特性的模型来 表示，并且其中每一个所迷子控制器被分解成两个或更多块，所述系 统被配置成执行以下步骤(a) 并行且连续地实施所述多个子控制器，其中每一个子控制器 产生输出控制信号，以使在所述多个子控制器的每一个之间的任意切 换:帔允许；以及(b) 从所述子控制器之一 中选择输出控制信号来控制所述设备。 这些结果的应用所需的数学简单性会使该技术对于切换式控制系统的实际设计具有吸引力。本专利技术可以被应用于从监视并控制简单 批量处理的控制器到在具有复杂处理的自动设施中所涉及的那些控 制器的可选择控制器的任何集合。典型的处理设施包括许多关联处理，其各种处理与全部处理的不同阶段相关联，例如自然资源精炼、 过滤、气/油分离、制造和其它类似处理。附图简述附图说明图1是一个切换控制配置；图2A-2E说明全通切换后(post-switch)滤波器对PI控制器的切 换的影响；图3A-3E说明低通切换后滤波器对PI控制器的切换的影响；以及图4A-4E说明高通切换后滤波器对PI控制器的切换的影响。优选实施例的详细描述 1.引言。在此所描述的控制方案可以利用包括声学、机械和电气系统的各 种各样的系统来实施，其中如在增益安排、自适应控制和无扰动切换 中需要在线性稳定控制器之间的任意切换。应当理解，尽管本专利技术是 利用在连续时间多变量切换式控制系统方面的特定实例来说明的，但 是所述控制方案并不打算限于此，并且可以扩展到离散时间切换式控 制问题。本专利技术的切换式控制系统采用多个控制器，所述多个控制器 优选是反馈时不变控制系统，举例来说，比如比例-积分(PI)和比例 -积分-微分反馈(PID)控制器。例如，本专利技术的控制方案特别适合用在控制工程应用中，所述控 制工程应用需要在控制器族(其中/^{1，...,/ } ) 102、 104之间进 行切换，目的是控制稳定线性时不变设备G^ 106，如图1中所示。 每一个控制器可以单独地使该稳定线性设备稳定。如在此进一步所述，y^是所测量的输出信号110,以及^""为在时间f处的加性输出 干扰112。控制器切换利用无记忆非线性算子114来执行，所述无记 忆非线性算子114在每一时间f处根据外生切换信号108来选择 m个可能的控制输出122、 124中的一个，以便在每一时间f处产生"在 线"控制信号118。本专利技术通常是针对用于在m个线性多变量控制器之间进行切换 的技术，所述控制器的每一个使固定线性多变量设备稳定。这种控制系统在实际使用中因为许多原因而出现。在一个常见的示例控制系统 中，外生信号(设定点、干扰)随着时间而改变其特性。 一些混合控 制策略中的应用在时间最优跟踪控制器和被设计成抗干扰的控制器 之间进行切换。易受非平稳干扰的系统的自适应控制(例如船舶减摇) 表示另一实例。或许大多数显然的应用是一般类别的无干扰切换问题，其在包括 过程控制、汽车、以及航天应用的许多工业控制领域具有广泛的应用。 无干扰切换问题陈述的几个特征是相关的，并且在当前工作中始终予 以考虑。许多其它分段线性控制系统落入该范畴，例如抗积分饱和、 或基于逻辑的切换等，出于说明的目的，所述设备将通过下式来模拟j/(t)-G。iiOO +雄) (1)其中，":[O,oo)卄,表示设备的输入，并且少:[0,co) —/^表示输出， G是稳定转移矩阵i，并且信号丄[0，00) —^指示在设备输出处的未测量干扰。(J.P. Hespanha和A.S. Morse的"Switching between stabilizing controllers" ， Automatica， 38(11):1卯5-1917, November 2002的记法,皮 使用，其中用于转移矩阵G.' c —c仏w以及分段连续信号[o， °° ) —rW,则G O w表示G的脉冲响应与w的巻积。)考虑一组线性、多变量反馈控制器尺p， pe{l,...，w}，其中每一个控 制器单独地使设备C 稳定在(1)中，其中"=/^"。随后，外生切换 信号CT:[0，...oo) —{1，...，—，使得规定哪些控制器在任何时间t处在线的 的值被考虑。在描述本专利技术时，对于将在实践中使用的任何切换式控 制器方案必须解^的其中三个问题将被考虑。定性地说，所述要求包 括(l)在缺乏(l)中的模型不确定性时，切换式控制系统对于任 何切换信号c(,)应是指数稳定的。(2 ) —旦切换到tr(/)-p ,切换式控制系统的闭环性能应收敛到由 具有"= ^的第/7个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种切换式控制系统，其适合用于控制设备（１０６），所述系统包括：　多个子控制器（１０２，１０４），其中每个子控制器能够单独地稳定所述设备（１０６）；以及　装置（１１４），用于在所述多个子控制器（１０２，１０４）之间进行切换，以便将一个所述子控制器（１０２，１０４）连接成在线的并且从而控制所述设备（１０６），其中所述切换式控制系统在任意切换下是闭环稳定的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：GE斯图尔特，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]