专利名称：用于增益调度控制的系统的制作方法
用于增益调度控制的系统
背景技术：
本发明涉及控制器尤其是反馈控制器。更加特别的是，本发明涉及状态和 输出反馈控制器。
2005年12月15日提交的美国专利申请号11/444850在此全文引入作为参考。
发明内容
本发明是一个增益调度反馈控制器。
图l示出了一状态反馈控制器；
图2a和2b示出了一增益调度状态反馈控制器；
图3示出了一输出反馈控制器；以及
图4示出了一增益调度输出反馈控制器。
具体实施例方式
本发明可以解决的技术或者商业需求如下所述。增益调度控制器可以是用 于非线性对象的一种控制器设计。可以将多个线性控制器放在一起，根据外源 或内源调度变量从一个线性控制器切换到另一个，来实现增益调度控制器。本 系统是以相比于现有技术改进某些闭环性能属性的方式在控制器之间切换的技 术。
如果设计的线性控制器是"状态反馈"结构，那么在不论任何时间本系统 都可以并行实现每一个控制器的状态观察组件。这样导致任何一个子控制器的 估计状态更加接近于其"正确状态"而不会由于初始化状态观察器导致产生不 想要的过渡过程效应。通过并行运行每一个状态观察器，减轻了启动过渡过程 的影响。
如果线性控制器是"输出反馈形式"，那么本系统可将每一个控制器都懒军 成它们的组件一内部模型和不变的Youla参数。线性模型可适于线性控制器设 计使用的操作点。这样，这些控制器可实现为并排的内部模型以及并排的Youla参数。切换可以配置为用于确保闭环稳定性。
本系统可以使用在非统性对象的增益调度控制中。设计方法可以使用具有 四个主步骤的标准增益调度控制设计过程。这些步骤包括l)计算对象的统性 参数变化(LPV)模型；2) j顿线性技术设计用于对象的各线性化模型的线性 子控制器，其对于调度参数a(t)的純不同；3)实现线性控制器族，使得总的 控制器根据调度體e(t)的輕化；以及4)分别通过分析和仿真方法根据局部 和全局属性评价稳定性和性能。本文中步骤3可认为是重要的。
本系统可以是这样一种技术，其实现步骤3 (控制器增益变化)，使得步骤 4中通常评估的多个性能属性被考虑。该系统可以在两种控制器中实现，"状态 反馈"和"输出反馈"，它们可由步骤2中的线性设计产生。对于状态反馈控制 器，本系统可以减少线性子控制器之间切换产生的过渡过程效应。对于输出反 馈控制器，本系统可以提供具有想要的闭环稳定属性的增益调度控制器。
图1中，线性状态反馈控制系统11可以由状态观察器12和状态反馈控制 器13两个组件组成。动态状态观察器12可以M测量信号y(t)17提供对于对 象14的内部状态的估计雄)15。状态反馈控制器13可以产生作为估计状态 雄)15的函数的致动器信号u④16。生成致动器信号u①16可以使用简单的矩阵 乘法函数例如w(o = f . 或者彷射函数m(,) = f.雄)+ g 。致动器信号16可以反 馈给状态观察器12。
图2a示出的结构中，增益调度可以定义为多个线性控制器101， 102之间 的切换，其中每一个线性控制器都设计为(例如通过其各系数的不同顺序和/或 值)用于非线性对象G18的特定操作点，如可以通过e的某一静态值或者其邻 域定义。控制器开关19的位置可以舰切换信号21，《1)^1,...111}来确定，其 指定了在任意给定的时刻t， w个控制器101， 102中哪一个联机(其中w可以 在几到几千之间)。
例如，测量信号17可以指示增压柴油引擎中的某一增压压力输出，致动器 信号16可以代表可变喷嘴涡轮增压器(VNT)中致动器叶片的位置，致动器、 涡轮增压引擎、和传感器组成了非线性对象G(e,s)18。然而，增压压力的响应 量相对于信号17的不同量级来说可以是非线性的。或者另外，增益量可以随着 引擎18的输出的转速(ipm)而变化。可以设计一组m个线性子控制器，每一 个都适合于某一范围的弓1^^度，每一个都具有相对于彼此不同的增益或者频率响应。对于给定的速度范围，可以通过开关19选择具有期望增益的某个控制 器用于输出16。对于另HI度范围，可以选择具有另一期望增益的不同的控制
器，诸如此类。可以舰根据操作引擎18的鹏范围从一组或一排控制器中选 择一个控制器，来调度增益。每一个状态观察器22， 23 (图2b)对于它们各自 的启动过渡过程消失掉可能已经工作了充分长的时间。对于线性状态观察器， 启动过渡过程具有指数型快速的衰变率。 一个关键的特征是每一个状态观察器 都从真正的联机控制信号u(t)运行，而不是从以27， 28示出的每一付控制器
VL..Vm各自的输出运行。
对于增益调度状态反馈控制器，图2a和2b中的本系统10可包括IOT并排 的状态观察器22， 23，目标是为了减少开关过渡过程。这些图显示了在状态反 馈控制器25， 26之间切换的一种设计，w个状态观察器22， 23中的每一个可 以彼此同时或者并行运行，也就是说，无论何时被选择或者接入它们都准备好 运行。联机致动器信号u(t)16可以选择为状态反馈控制器输出"(t)...vm(t)， 27， 28中的一个。很明显在任意给定的时亥i収仅需要执行m个状态反馈块25， 26 中的最多 - -个。这样也就导致减少了在例如嵌入式控制器的一些计算环境中可 能很重要的要求实时的浮点运算的数量。测量信号y(t) 17可以输入到本系统10 的状态观察器(1至m) 22， 23中。状态观察器和控制器的数量(m)从应用 到一种对象18到应用到另一种对象18分别可以变化。其数量范围可以从几到 几千之间变化。
状态观察器l (22)到m (23)可以分别输出估计状态^)到、w， 31，
32到状态反馈控制器1 (25)到m (26)。本系统的优点在于ffiil确保估计状态 是准备好的并且其初始化过渡过程已经完全或者部分消失，从而减少切换
过渡过程。下标"j"为从l到m之间。
图3示出了稳定化线性输出反馈控制器K(s)30的图，其可以分解成两个组 件，包括对象G(6，s) 35动力学的内部模型。(^,5)模块33以及稳定Youla参数
Q((Jq,s)模块34。标准线性控制理论指出积极控制对应于Youla参数的hj范数
leWl&的大值，而保守控制对应于小值。好的内部模型。W会导致由
G(力-d(力表示的其与真实对象的差异的h—范数的小值，而差的内部模型不
会很紧密地匹配真实对象G(s)并且会导致差异的很大范数。对于模型不确定性的鲁棒稳定性可以在以下剝牛下确保
|g("(《|2(《<i，
其示出了建模和控制之间的一个折衷。也就是，只能通过好的模型信息达到积
极控制。测量信号y(t) 17可以/M象G35到腿制器K(s)30的输入。信号y(t)
可以转到一个接点36 (例如加法器)，其从信号17中减去信号37从而得到信号 38发往稳定Youla参数Q(aq,s)模i央34。信号37可以来自内部模型^^,力模块
33，内部模型&c7^)模块33具有致动器信号u(t) 16的输入，致动器信号u(t) 16
皿动器信号稳定Youla参数Q(s)模块34的输出。
为了理解将线性系统的直接输出反馈控制结果应用至排线性系统的非线性 控制涉及的问题，可以首先考虑非统性对象G(納，其中乂0^納"(0是以下依 赖于参数的状态空间系统的符号简写形式，
(1)
<formula>formula see original document page 8</formula>其中x(t)表示G(^)的内部状态，雄)表示x(t)的时间导数。接下来，可以考虑一
般的输出反馈控制器，^fe力，其中如上一样表达式"(/)《(^)刃)是以下依赖 于参数的状态空间系统的符^简写形式，
他)物y
(2)
其中义必表示控制器《dv)的内部状态。
在这里，可以将式(i)中的变量《o理解为表示对于其上事实上没有控制 的对象的改变。相反，M 一)用于表示可以是设计决定的控制器的调度或者 切换。闭环可以M式(2)禾n (i)产生，其中，
由
之,=4脱 )^约束， 其中
樣4
(3)
—40 风^G( )— 物輝)
其中参数M(0,5(外C(^)厂B了以视为对象(1)的给定属性，这些属性在设计者的
影响的范围之外。而控制器参数{4^),^(^),0^)}将由控制工程师设计，需要指出，将风o)O,復Q),CK))设计为使得(3)中表示的闭环系统稳定，是一项很 困难的事情。由于这种困难，通常或者通过adhoc增益调度技术，或者M非 常高级的数学来解决，它们都需要使用专门的工具并且对许可的控制器结构施 加限制。两种方案都不是很完善，因为工业应用需要稳定性保证并且通常需要 使用常见的子控制器结构，例如工业从业者很清楚其设计和调整的PID或者 Smith预测器。
作为第一步，可注意将图3中对于线性控制系统示出的Youla对象参数化 一般化到本文中等式(1)， (2)中讨论的类型的非线性控制系统的一个方面。 可以考虑接下来的对于(2)中的输出反馈控制器的参数化，i繊出反馈控制器 由两个组件组成，由20vs)表示的非线性Youla-Kucera参数，其中 "W=ek,》cK0-K0)是下面所示的系统的符号简写形式，
<formula>formula see original document page 9</formula>(4)
以及由(^o^)表示的内部模型，其中外)=。&，咖(/)是如下的系统的符号简 写形式，
<formula>formula see original document page 9</formula>(5)
应当注意fflil将非线性对象(1)与(4)， (5)中分割的控制器互连形成的闭环 导致对于内部模型(5)完美匹配(1)中的真实对象的情况(换句话说即 化( "( ),《( )卜(，),，)，C)，对于(4)中的任意依赖于指数稳定
参数的Youla参数^ 力，(3)中的指数稳定闭环。这种结果在控制工程技术
中可称为标称稳定性(NS)结果。
闭环的标称稳定性对于任意KK),Q( 》潮每成立，唯一的限制是
对于允许的 的^( )的稳定性。对于其它性能需求，设计者可以自由设计W" ),
0( )}，不担心设计不会导致标称指数稳定闭环。对于关于(2 )中的HO;O,
^(^), C"o^的设计不一定能这么说。如(3)所示，闭环的稳定性以一种复杂
的方式依赖于W《Q), W《0^)}，对于其稳定性的分析在当前的控制工程领域
是一个公开的问题。
不确定的对象可以具有鲁棒的丄2稳定性。在任意的线性或者非线性控制系 统中，期望控制器的内部模型(5(a ,力完美地反映(1)中的对象G(&力是不现实的。如果(1)中的对象具有有界的I2范数从而使得IG(《,"〈^ ，那么小增 益理论会导致由(1)， (4)， (5)形成的闭环的丄2稳定性的如下充分条件，
G的-(^7g)j2K)IL,1 (9)
(9)中的第一项可以解释为将u(t)映射到y(t)的系统的诱导范数，其中 y(t>n(t)+y2(t)， M((K7(納《)，少2 = (^^)"(0。 (9)中的关系与线性系统结
果相似，因为其再一次明确地示出了建模和闭环稳定性上的控制之间的折衷。 如果内部模型(5和调度逻辑。g已设计为使得(9)中的第一范数小，那么控制工 程师对于g(。一)的设计将会更加自由。积极控制通常会导致更大的诱导范数
类似于文中对指数稳定l
、而使得
$述，如果在内部模型中使用了完美的模型信 —0 ，那么(9)会显示在
二2
力l卜oo条件下
的(4)中的任意的^v)产生&稳定化的控帝U器f( ^V)。对于线性系统《&)、 。(^,力和^V)的特定情况，(9)中的结果等价于对于具有Youla参数的标准
定义1的附加不明确模型不确定性的凡范数鲁棒稳定性结
(4)， (5)中的控制器结构会导至树于(1)中的丄2稳定对象的全局稳定化控 制器。为了明白这个，可以暂时放弃所有特定于问题的理解，假设(5)中的内
L2
部模型设计成了使得||6(~力
全局丄2稳定闭环，其中^足够小使得 1
那么可以通过选择l
生成-
-水
、<
(10)
从而这样的设计技术会对于任意等级的模型不确定性获得稳定性。可以注意一
下(10)中的结果，它显示了设计全局稳定化控制器(4)， (5)的潜力；然而，
由于它对于任意切换信号。g和^下的任意。和G都成立，它可能会非常保守。
事实上一个好的内部模型应使得
2
本发明的一个方法可在(4)和(5)中的形式的增益调度控制器的设计中
解决几个乘U余的实际问题。首先，实际中从来不能具有完美的模型信息，意味 着。( 力-GW"。第二，选择一个指数稳定的依赖于参数的矩阵^( )，尽管比G)中的完全问题容易的多，仍然是不小的任务。第三就是允许控制设计师
选軒控制器的结构(例如PID控制器或者Smith预测鹏制器)。本发明的一 个方法是对于非线性Youla参数(4)和内部模型(5)使用一个特定的形式。
图4示出了 (11)， (12)中的控制器结构的图示。可以考虑具有两个主组 件的控制器结构。非统舰象的内部模型，由一排"个线性对象模型组成，
一
"(0 = v。。 0)
(11)
和一排并行的Youla-Kucera参数，
、
帆 /(0 =少(0-勉K0、(/)
(12)
为了示出它们的稳定性，可以写出02)中的2( 力的状态空间版本。Q( ，力
可以在状态空间中fflil类似于(4)的形式实现，那么(12)中切换的Yonla参
数可以由下式给出
一 4 《
常量免阵
(13)
(14)
不是切换信号 的函数。矩阵
Q;HO,...,O, c，，O,...,O] (15)
中除了第J个块元素之外其余都可为O。从上面的表示来看，(12)中的切换的 ^V)如^^于尸l,…,m每一个LTI O)都是禾急定的，对于任意 来说指数稳 定。(11)中的该组内部模型与(13)至(15)中示出的具有相似的结构。
可以注意到由于其结构，除萄瞎非常不正常的环境下(11)中的内部模型
ii组件将不会很好地匹配0)中的真实对象。这是想要如何设计本控制器(用于 对象的多个每个操作点的线性控制器)的一定程度上的有准备的结果。但是特
定的结构允许使用(9)中的小增益条件以获得对于(1)， (11)， (12)中的闭
环的闭环L2稳定性的充分结果，为
IG欣力-。(C7g力l 12(OV勺IL <1 (16)
其中范数指示了在所有的输入信号和所有切换信号上估计的最坏情况诱导L2范
数。(16)中的第一项应当理解为将u(t)映射到y(t)的系统的诱导范数，其中
y(thyi(t)+y2(t),^((K (&M0, ^(o二。( ,咖(0。
可以看到(12)中的该一排Youla参数和开关(图4中标为0O一))的最 坏情况诱导L2范数由下式限定，
一,
《几=
(17)
对于任意切换信号Oq(t)，符号I表示线性系统的标准凡范数。相似的上限
对于图4中的。(^,力的诱导范数:^成立，
《(力
i2
G刺
(18)
对于任意的切换信号(Jg(t)。那么(17)， (18)， (16)示出了ffl31设计一个线性 控制器族可以设计出对于不确定&稳定对象的鲁棒稳定闭环切换控制器。
如果(1)中的开环对象是丄2稳定的，那么L2稳定闭环对于(O， (11)，
(12)来说是可获得的，因为(16)中的第一诱导范数对于任意 。( ，力l <oo，并且第二范娄树于任意叫l2( "s't <oo，并可以由设
计者选择。另一方面，(16)中的内容使得在生成稳定增益调度控制器的过程中 建模和控制之间的折衷变得清楚。对于第一诱导范数产生小值的好的建模结果 可以使得设计者能够对于第二范数选择一个较大的值。积极控制会导致Youla 参数的大值。相反， 一个不好的模型(例如具有太少统性化点")会导致第一范 数的大值，并且限制设计者只肖g选择小值的第二范数，小值的第二范数对应于 保守控制器。(11 ) ， ( 12 )中的增益调度控制器可以是LTI控制器
《(力e々)r1 ，其中和可以取任意固定值。(ii)， (i2)
中的增益调度控制器可以允许w痫，Youla参数和对象参数具有不同的数量。 通常，设计者需要的Youla参数的数量至少与统性对象模型的数量相同，这样 附》《 。可以预想{顿比模型更多的Youla参数例如来获得不同的闭环性能。例 如，控制器可以j顿结构(11)， (12)用于包含单个线'舰象n=l和多个控制 器mM的特定情况中。(11)， (12)中的控制M 的切换时间上可能经历控 制信号w(O中的跳跃不连续。可以以一种自然的方式改变这种结构从而允许更平 滑的转变。例如可以在一些结构中使用切换后滤波器。如在2005年12月15号 提交的美国专利申请11/444850中讨论的，在这里全文引入作为参考，可以设计 这样一种切换后滤波器使得其改变切换导致的过渡过程信号。
可选择的，(11)， (12)可以允许控制器之间的自然内插，其中多种adhoc 技术不会使闭环(1)， (11)， (12)不稳定。(16)中的结果可以通过小增益理
论获得并且可以使用任意诱导范数。在这里可以使用L2范数，因为其与// 范数 的联系，/^范数在线性系统的鲁棒控制中是常见的。
文中提到的某些设计步骤可以涉及增益调度设计。这些步骤可包括l)关于
由Og参数化的"个操作点的族线性化非线性模型，产生模型。lW,...，4w; 2)
设计线性控制器..,^)的族从而在每一个操作点上获得想要的性能；3) 构造增益调度控制器一_在每一个操作点上计算对应的Youla-Kucera参数， &W = 、W(/ —《(力&W)-1 ， {顿如(11)， (12)中的因子Q^)和4W实现
控制器；4)分析稳定性(16)， (9)和性能。 一个重要的步骤是文中重点强调 的步骤3。这些步骤可以描述当设计增益调度控制器时使用的程序。创造性步骤 (3)比其它方法更有价值因为它(a)允许设计者使用直觉的工业上熟悉的例 如PID或者Sm他预测器的子控制器，(b)确保闭环稳定性，以及(c)不需要 很专业的数学工具即可保证稳定性。
图4将增益调度输出反馈控制器(K(cjg,(jq,s)) 40 (等式(1), (11)和(12) 中描述的)的本系统方面作为与线性控制器30相对的非线性控制器示出。增益 调度输出反馈控制器系统40可以包括与一排55并行的Youla参数一起的一排 54并行的内部模型。目的是确保闭环稳定性以及减少切换过渡过程。在控制器 系统40中，测量信号y(t)17可以来自非统性对象G(e,s)18 (例如引擎或者其它
13项或者联合体)并且转至赎点51 (例如加法器)。可以从信号17中减去来自开
关44的信号52以获得信号53。
来自内部模型l到n (其中n可以介于几到几千之间)的并行排45中的一
个内部模型的信号48可以由开关44根据给开关44的切换信号(ig(t) 42选择为 信号52。该排45内部模型和开关44可以是切换的内部模型块。(s力54的一部分。
来自接点51的结果信号53可以转到稳定Youla参数1到m (其中m可以 介于几到几千之间)的并行排47。可以由开关46根据切换信号cjq(t)43从该排 47的参数输出49中的一错择致动器信号u(t) 16。致动器信号16可以微合内 部模型的排45。稳定Youla参数的排47和开关46可以是切换的稳定Youla参 数块55的一部分。
切换信号cJ(t)，类似于控制器10的切换信号21 (图2a和2b)可以分割成
(J(，[(Jg(t) aq(t)]。信号(Tg(t)42可以转到开关44，并且确定在任意给定时间应用
或使用并行排45的内部模型G^...,Gn中的明P—个来提供输出信号52。信号cjq(t)
43可以转到开关46并且确定在任意给定时间应用或使用并行排47的Youla参
数Q,，...,Qm的信号49中的明卜个来提供输出信号16。
如果内部模型的并行排45和在由开关44实现的它们的输出的选择中的切换
策略以这样一种方式被构造，可以确保闭环稳定性，这种方式是切换的内部模 型块(5(^,力54提供的输出结果52"接近"或者类似于非统[顿象18，如等式
(16)中变得明显的。
更多的意见可关于文中对于用于非线性对象的增益调度控制器描述的控制 器结构。可以获得全局标称和鲁棒稳定性。可以认为对于单个线性子控制器来 说拍顿序或者结构或者数量上没有限制。
汽车系统用作LPV对象的激发实例。然而，应当注意通常的调度变量包括 引擎速度和燃料流量。引擎速度可以根据一些"缓慢"动力学改变，但是燃料 流量可以几乎瞬间改变。这样，在很多线性参数变化(LPV)增益调度控制器 设计中使用的p自^^:^/ ^的假定不能适当地应用在很多汽车系统中。本发
明的技术的一个很大的优势在于其对于调度变量e(t)的变化率来说没有任何限制。
建模和控制之间的折衷按照闭环上的诱导范数会变得明显。可以看到更好的建模允许更加积极的控制。或者，相反，不好的非线性对象的建模可能有必要 牺牲闭环控制性能。
可以看到闭环稳定性的问题没有必要转化为对调度变量变化缓慢的要求。但 是相反闭环稳定性会,于非线性对象的内部模型的质量。如果这种模型是完 美的，那么在不考虑调度参数附的变4M度的情况下也不会存在闭环稳定性问 题。
可以表明在完美模型信息的情况中的闭环指数稳定性。作为一个限制性情 况，可以首先考虑一禾中(不现实的)情况，其中控制设计师拥有完美的模型信 息~~^E这种上下文中将定义为内部模型(5)在输入一输出意义上匹配真实对 象(O。这里，可以定义完美的模型实现是条件对于所有时间OO，
k( ),4(^),《(^)卜M(外s(外c(州。这种斜牛对内部模型的实现以及控制
器调度变量O"g的设计都有要求，其应当允许内部模型(5)完美i鹏踪(1)中 的真实调度参数0的变化。与直观相反的一个事实^t输入一输出行为的要求 可旨浏状态空间实现有要求。为了明白这为什么是这样的，可以考虑在{J^，G} 和(」2AA》之间切换的动态系统。如默寸于任意状态;c来说在rr的切换时间都 需要输出少(其中乂/K》(0)的连续性，那么必须选择线性子系统的实现从而
对所有^/r，均有c;xO。
如果内部模型匹配对象，那么(7)可以通过恒定相似性变换来转换到
^c》u
其中(8)式中^ =
o
0 0
o一 /
0
化)
0 ，)
(8)
从(8)的±央上三角形结构中很容易可以看到，对所有容许的外)的i = 的 稳定性和对容许的o(t)的* 二 ^( > 的稳定性暗示了时变i; 二 /L眠的指
数稳定性。例如，一 CQLF对于所有的A( )存在并且另一 CQLF对于#0存
在，对于闭环稳定性来说是充分的(但不是必须的)。这样如果(1)中的G(^0
对于所有容许的轨迹W)是指数稳定的，且完美的模型信息在(5)中的内部模 型。( ，力中应用，那么(1), (4)， (5)形成的闭环对于(4)中的任何指数
15稳定^V)来说是指数稳定的。稳定性结果可以在(8)的底部状态开始并向上
工作时得到验证；每一种状态的稳定性可以依赖于其之前的状态的稳定性。可 以注意到这种结果按照模型信息的质量和应用来陈述，而不是按照增益调度中 的"缓慢变化"项或者切换系统的"停留时间"结果。
本控制器系统具有一排"个状态观察器，在几乎任何时间使一组m个状态 观察器在某时并行运行，其中w<="， 一排状态反馈控制器对应于并且与所述 一祠敞态观察器连接。并^iS行的m个状态观察器的组，可以是时间的函数并 且4繊于测量信号)^)17。状态反馈控制器的排中的每一个状态反馈控制器的输 出在几乎任意时刻都是可选择的。状态观察器排中的状态观察器可以在几乎任 意时刻并，fii行。状态观察器排可以具有Kalman滤波器或者扩展Kalman滤波 器°
状态反馈控制器排中的每一个状态反馈控制器可以^顿受约束LQR技术 设计。受约束LQR技术可以实现为作为系统状态的函数来明确计算的一组查找表。
本控制器系统可具有一个控制环，包含一排第一动态滤波器，连接到第一 动态滤波器排的一排查找表，以及连接到查找表排中的查找表的一排第二动态 滤波器。第二动态滤波器排的第二动态滤波器可以是辨识滤波器。
一个或多个查找表可以以不同的方式计算和/或提供各种功能或动作，文中 示出了一些实例。 一个查找表可以使用多参数混合算法计算。该查找表可以编 码与控制器系统连接的一个对象的一个或多个输出参数上的一个或多个约束。
可以M:使用用于受约束混合系统的动态编程算法计算该查找表。该查找表可 以接受一个或多个控制约束作为输入。该一个或多个控制约束可以是随时间变 化的。
在本申请说明书中， 一些内容即使是以其它的方式或时态阐述的，但也可 以是假设的或者预言的性质。
虽然对于至少一个示意性实例描述了本发明，本领域技术人员一旦阅读了 本说明书仍然可以很清楚很多变化和改变。因此意图是所附权利要求在现有技 术的基础上尽可能宽范围地解释，以包括所有这种变化和改变。
权利要求
1. 一种增益调度控制器系统，包括多个控制器(25，26，101，102)；以及开关(19)；并且其中所述开关(19)的一个端子可连接到所述多个控制器(25，26，101，102)中的几乎任意一个控制器(25，26，101，102)的输出；所述多个控制器(25，26，101，102)中的每一个控制器(25，26，101，102)都包括一增益；所述多个控制器(25，26，101，102)的至少两个增益是不同的；并且所述开关(19)的所述端子可选择地连接到所述多个控制器(25，26，101，102)中的一个控制器(25，26，101，102)的输出。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中所述开关(19)包括用于选择地将所述开关(19)的所述端子连接到所述 多个控制器(25， 26， 101， 102)中的一个控制器(25， 26， 101， 102)的输 出的输入；向所述多个控制器(25， 26， 101, 102)的输入用于来自对象(18)的测所述开关(19)的所述端子用于向对象(18)的致动器提供信号(16);所述开关(19)的所述输入用于选择地连接所述端子至lj所述多个控制器(25 ， 26， 101， 102)中的一个控制器(25， 26， 101， 102)的输出的信号(21);以 及所述信号(21)指示了根据对象(18)的操作范围的控制器(25， 26， 101， 102)选择。
3. —种增益调度控制器系统，包括多个具有输入和输出的状态观察器(22， 23);多个状态反馈控制器(25， 26)，具有分另隨接至U所述多个状态观察器(22， 23)的输出的输入，并具^l出；以及开^(19)，具有可连接到所述多个状态反馈控制器(25， 26)的输出中的一
4. 根据权利要求3所述的系统，其中所述多个状态观察器(22， 23)的输入用于来自对象(18)的测量信号(17);并且所述开关(19)的所述端子用于给对象(18)的致动器信号(16);给所述开关(19)的所述输入的信号(21)，用于根据对象(18)的操作范 围AAi^述多个反馈控制器(25， 26)的多个输出中选择要连接到所述开关(19) 的所述端子的一个；并且如果对象(18)的操作范围变化而需要控制器(25， 26)具有不同的增益， 那么连接至U所述开关(19)的所述端子的所述多个反馈控制器(25， 26)的该 多，出中的该一，出可以改变到该多个输出中的另一个输出。
5. —种控制器切换系统，包括 多个参数(47)，具有多个输出；第一开关(46)，用于选择到所述多个参数(47)的所述多个lf出中的一个 输出的连接，以便在第-一开关(46)的输出上提供一个参数(47);多个内部模型(45)，具有连接到第一开关(46)的输出的输入，并且具有第二开关(44)，用于选择到所述多个内部模型(45)的所述多个输出中的 一个输出的连接，以便在第二开关(44)的输出上提供一个内部模型(45);以 及接点(51)，具有连接到第二开关(44)的输出的第一输入，具有连接到所 述多个参数(47)的输入的输出，并具有第二输入。
6. 根据权利要求5所述的系统，其中 所述多个参数(47)是Youla参数；所述多个内部模型(45)包括在操作期间当前并且大致类似于对象(18) 的一个内部模型(45);并且在操作期间给第一和第二开关(44， 46)的输入反映了对象(18)的当前 操作范围。
7. —种用于在控制器之间切换的方法，包括将测量信号(17)输入到多个状态观察器(12， 22， 23);输出对象(18)的内部状态的估计；生成作为所述估计的函数的致动器信号(27， 28);以及 从多个致动器信号(27， 28)中选择一个致动器信号(16)来反馈给状态 观察器(12， 22， 23)的输入，以及对象(18)的输入。
8. —种用于控制器切换的方法，包括 AA^t象08)获得测量信号(17);从多个内部模型(33， 45)选择一个内部模型信号(37， 52); 组合测量信号(17)和内部模型信号(33， 45)作为对多个参数(34， 47) 的输入信号；Mfi述多个参数(34， 47)的多，出中选择一个致动器信号(16); 将所繊动器信号(16)作为反馈信号传送给所述多个内部模型(33, 45)的 输入以及对象(18)的输入。
9. 一种控制器系统，包括一排"个状态观察器，在几乎所有时刻都使一组m个状态观察器(22， 23) 在某时并行运行，其中wd;以及一排状态反馈控制器(25， 26)，对应于并且连接到所述一排状态观察器(22， 23);并且其中并行运行的w个状态观察器(22， 23)的组是时间的函数并且依赖于测量 信号(17);并且所述一排状态反馈控制器中的每一个状态反馈控制器(25， 26)的输出在 几乎任意时刻都是可选择的。
10. 根据权禾腰求9所述的系统，进一步包括一个控制环；并且其中该控制环包括一排第一动态滤波器；一排查找表，连接到该一排第一动态滤波器；以及 一排第二动态滤波器，连接到该一排查找表中的查找表。
全文摘要
一种用于控制非线性对象(18)的系统，可以使用增益调度反馈控制器(10，11，30，40)实现。具有不同增益的多个线性子控制器(13，25，26，101，102)可以放在一起作为一个单位。总体的控制器(10，11，30，40)可以通过根据外源参数或内源参数从一个子控制器(13，25，26，101，102)切换到另一个而变化。给开关的信号(21)可以反映发生在某些时间的对象(18)的操作范围并且指示在这些时间上希望从系统获得的关于对象(18)的输出和输入信号(16，17)的增益。本发明的优点包括在全局和局部两方面都保证标称以及鲁棒的稳定性，允许使用对于工业从业者来说熟悉的控制结构，并且对于其实现不需要高级数学技术。
文档编号G05B11/01GK101548248SQ200780033951
公开日2009年9月30日 申请日期2007年9月11日 优先权日2006年9月14日
发明者F·博雷利, G·E·斯图尔特 申请人:霍尼韦尔国际公司