Jakie zalety ma pętelkowanie nad innymi metodami projektowania sterowania?

Właśnie skończyłem mój pierwszy kurs sterujący (na liniowych systemach sterowania) i poznaliśmy 3 typy kontrolerów: PID, przestrzeń stanów i odpowiedź częstotliwościowa / kształtowanie pętli. Z tego, co rozumiem, PID ma zalety bycia naprawdę łatwym i może być zastosowany bez znajomości dynamiki systemu. Przestrzeń państwowa zapewnia naprawdę dobre odpowiedzi. Ale kształtowanie pętli wydawało się bardzo odgadnąć i sprawdzić, kiedy to robiliśmy i jakoś arbitralnie. Ponadto musieliśmy wdrożyć dwa pierwsze na multirotorze do naszych laboratoriów i nie mieliśmy czasu na wykonanie ostatniego zadania poza pracą domową. Kiedy więc byłoby korzystne użycie pętli kształtującej?

Pierwszym priorytetem przy projektowaniu kontrolera powinna być stabilność, a następnie wydajność / odporność.

Nie wiem, jakiej metody użyłeś do dostrojenia regulatora PID, ale podejrzewam, że może nie być łatwo sprawdzić stabilność. Zwiększenie wydajności prawdopodobnie wiązałoby się ze wzrostem zysków. I prawdopodobnie trudno jest sprawić, aby kontroler PID był solidny.

Dla projektu kontrolera przestrzeni stanów można spojrzeć na dynamikę zamkniętej pętli (macierz) i sprawdzić, czy jest ona stabilna (Hurwitz na czas ciągły i Schur na czas dyskretny). Aby uzyskać wydajność, możesz spróbować umieścić zamknięte bieguny pętli tak daleko, jak to możliwe, w lewej pół-płaszczyźnie. Nie patrzyłem na to, ale prawdopodobnie będą istniały metody odporności w przestrzeni stanów. W celu odrzucenia zakłóceń można znaleźć estymator stanu przy użyciu filtru Kalmana (rozwiązując równanie Riccatiego).

W celu kształtowania pętli można sprawdzić stabilność za pomocą Spisek Nyquista używając Kryterium stabilności Nyquista . W celu zwiększenia wydajności można po prostu zwiększyć przepustowość (zwykle definiowaną w punkcie, w którym otwarta pętla przekracza 0 dB). Margines wzmocnienia i fazy można wykorzystać do sprawdzenia, jak stabilny / solidny jest zamknięty system. Ściśle związany z tym (ale często nie wspomniany) jest margines modułu, który jest w zasadzie najkrótszą odległością do minus jednego punktu na wykresie Nyquista. Odwrotnie odnosi się to do najwyższego piku funkcji czułości układu zamkniętej pętli, który jest miarą najgorszego odrzucenia zakłóceń. Istnieją również inne metody odporności, takie jak H nieskończoność.

Tak więc kontroler PID może być najłatwiejszy, ale jest znacznie mniej zaawansowany. Zaletą kontroli przestrzeni stanów jest to, że można ją również zastosować do systemów MIMO, co jest trudniejsze w przypadku kształtowania pętli. Ale zaletą pętli kształtowania jest to, że można po prostu zmierzyć funkcję odpowiedzi częstotliwościowej i zaprojektować sterownik do tego bezpośrednio, podczas gdy dla przestrzeni stanów trzeba najpierw dopasować model. Również jeśli twój system jest kontynuowany, ale ma również opóźnienia, trudniej jest go uchwycić w modelu przestrzeni stanów, ale w przypadku kształtowania pętli nic to nie zmienia.