调度增益控制基础概念Gain Scheduling Basics学习笔记

一、调度增益基础Gain Scheduling Basics

调度增益gain scheduling是什么？

调度增益gain scheduling是一种利用一系列线性控制器，来控制非线性系统的方法。具体实现的时候，控制器的增益通常是通过一个函数来改变的，该函数能根据当前的控制状态选择合适的调度变量。这些调度变量通常包括时间，外部运行条件，或者方位速度等系统状态信息。

调度增益gain scheduling是如何实现的？

调度增益控制系统通常会选择一系列的运行域点，然后为每个点设计一个合适的线性控制器。在运行过程中，系统根据当前的调度变量，在这些不同的控制器之间进行切换或者插值。

调度增益gain scheduling适合什么，不适合什么？

• 适合：当外部变量是变化量，而且相当于控制带宽变化慢的时候，非常适合，例如化学反应中的温度。

• 不适合：但是当调度变量是系统内部的一个快速变化的变量时，就会变得非常有挑战性。因为在一个非线性系统内，局部的线性性能并不能保证全局性能的最优。此时可以参考这篇文章[1]，来了解调度增益更多的知识，和他面临的挑战。

[1] Rugh, W.J., and J.S. Shamma, “Research on Gain Scheduling”, Automatica, 36 (2000), pp. 1401-1425.

怎样设计一个调度增益控制系统？

1）运行范围operating range

例如，在飞行系统中，运行范围可能是入射角角度在–20°和20°之间，速度在200-250 m/s之间。

2）观测量measurable variables

观测量就是在运行过程中，用来描述或确定某个特定运行状态的变量，这些变量就叫做调度变量，对于飞行系统，这个观测量可能就是入射角和速度。

3）调度增益映射gain schedule

包含一个公式，或者一个表格，根据给定的调度变量scheduling variables，来返回一个合适的控制器增益controller gains。例如，对于一个飞机系统，调度增益映射gain schedule根据每一个入射角和速度的组合，返回一个合适的控制器增益。

二、Simulink中的调度增益

系统控制箱Control System Toolbox™提供了一些模块，来帮助你建立调度增益控制系统。

例如一个可变PID控制器，接受PID增益为输入，在模型中，通常使用n-D查找表Lookup Table或者MATLAB函数模块来实现调度增益映射 gain schedule，更多请点击set-up-simulink-models-for-gain-scheduling

三、调整调度增益Tune Gain Schedules

如果你已经有一个仿真的控制器设计，可以使用systune来调节增益映射，最终得到一个在整个运行域范围内，都满足性能目标的控制系统，更多请点击tune-gain-schedules-in-simulink

参考文献

Gain Scheduling Basics - MATLAB & Simulink - MathWorks 中国gain-scheduled-control-systems

学习方法思考

这个项目本来是7月份就应该完成的，但是一直拖沓到了8月份，因为对控制领域未知的恐惧，导致一直拖延始终无法完成，在克服这个困难的时候有几个心得。

1，驱动学习的力量不应该是外界的力量，而是内心的力量，内心力量足够强大了，问题自然就迎刃而解。当内心的力量不足够正面应对困难时，可以先分解问题，在笔记中详细规划好自己现在能做什么，规定好自己在“痛苦”中坚持的最大时间，到了时间就及时退出。这样做有两个好处，1个是消除了内心的恐惧，2个是让一个复杂的问题暂时变得简单化。

2，如果迟迟不能从上一个欠佳的状态中走出来，试着改变环境，去喜欢的环境中工作，听自己喜欢的音乐，喝自己喜欢的饮料，吃不舍得吃的饭菜，慢慢蓄积内心的力量，逐步剔除心中的杂念。