[科普中国]-控制系统鲁棒性

背景

无论采取何种设计思路，控制器都是依据描述过程的动态特性的信息来设计的。这些信息(即模型)可能是一组偏微分方程，也可能仅仅是现场测得的过程增益和过渡时间，这些信息的准确性不同，但都不能准确描述过程。另外，过程本身的特性也随时间而变化，模型通常捕捉不到这些变化。因此，控制系统应当被设计得对这种模型不确定性不敏感，也就是说，控制系统应具有鲁棒性。

对控制系统来说，鲁棒性指标是必需的和有实际意义的，但直到20世纪70年代末期，解决控制系统的鲁棒性问题才成为控制界研究的主要目标。2

21世纪初期，控制系统的鲁棒性研究在控制领域已趋于成熟，并且在持续发展。

方法鲁棒性包括稳定鲁棒性和品质鲁棒性。一个控制系统是否具有鲁棒性，是它能否真正实际应用的关键。因此，现代控制系统的设计已将鲁棒性作为一种最重要的设计指标。

为了解决控制系统的鲁棒性问题，近年来主要出现了两个主攻方向：

一个是主动式(active)适应技术，即通常称的自适应控制系统设计技术。它应用辨识方法不断了解系统的不确定性，并在此基础上调整控制器的结构与参数，从而使系统满足性能指标要求。

另一种是被动式(passive)适应技术，即一般称的鲁棒控制设计技术。对具有不确定性的系统设计一个控制器，使系统在不确定性范围内工作时，满足系统的设计性能指标要求。1

特点很显然，控制系统的鲁棒性贯穿着稳定性、渐近调节和动态特性这三个方面的内容，即分别有鲁棒稳定性、鲁棒渐近调节和鲁棒动态特性，其中鲁棒渐近调节和鲁棒动态特性反映了控制系统的鲁棒性能要求。

(1)鲁棒稳定性是指在一组不确定性的作用下仍然能够保证反馈控制系统的稳定性。

(2)鲁棒渐近调节是指在一组不确定性的影响下仍然可以实现反馈控制系统的渐近调节功能。

(3)鲁棒动态特性通常称为灵敏度特性，即要求动态特性不受不确定性的影响。3