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有问必答 |
在本期栏目里我们解答两位读者提的问题，我们感谢浙江大学的苏宏业教授和中国科学院系统所的洪奕光教授帮助回答本期读者来信。 问（南通大学张小美博士）：由于变结构控制具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏、无需系统在线辩识、物理实现简单等优点，因此变结构控制方法在诸如电机与电力系统控制、机器人控制、飞行控制等许多领域得到了广泛的应用。此外，变结构观测器也在故障诊断与重构的研究中发挥了重要作用。有关控制系统的变结构控制器/观测器的设计，近年来已有大量的论文发表。但是有关滑模变结构滤波问题的研究，发表的论文则甚少。请问其中的原因是什么？在实际工程中应用如何？ 答（浙江大学苏宏业教授）：变结构方法，如变结构控制器、变结构观测器，具有响应快、鲁棒性强等很多优点，因此受到科研人员的关注，并在许多领域得到应用。滑模滤波器的设计思路源于滑模观测器，因而保持了滑模观测器的优点。如果系统没有受到噪声影响的话，可以直接利用滑模观测器来估计系统的不可测状态，这个方面已经有了很多的研究成果。但是在实际应用中由于仪器仪表的测量精度、量测噪声及系统周围环境扰动的影响，导致系统动态愈加复杂，其相应的不可测状态的估计变得非常困难，所以解决带有噪声影响的系统状态估计问题具有重要理论意义和实际应用价值。在滑模变结构滤波器设计中，除了一些特殊的有界随机噪声外，大多数随机噪声使得滤波器状态无法保持在滑模面上，使得滤波器估计的效果并不理想，导致目前的研究成果及相应的应用都比较少。如果解决了以上问题，那么滑模变结构滤波器一定会在实际中得到广泛的应用。目前滑模滤波在伺服系统及机器人方面有一些应用。 问（东北大学张文乐同学）：在多智能体系统一致性的研究中，对于快速一致性（fast consensus）和有限时间一致性（finite time consensus）两者的研究有什么联系和区别呢？而就我个人理解而言，通常情况下，我们研究传统的一致性基本都是在时间趋于无穷时刻，使得多智能体的状态或输出渐近趋于一致即可，基于这样的一致性定义，我们可以设计新的控制协议提高系统的一致性收敛速度，是否就是快速一致性问题的研究呢？而有限时间一致性问题的研究是否是设计一定的控制协议使得多智能体系统在有限（或固定）的时间内，状态或输出趋于一致呢？这跟上面的在时间趋于无穷情况下，研究多智能体系统的快速一致性问题又有什么关系与区别呢? 这点我一直挺糊涂，不知道自己理解的对不对，望老师不吝赐教！ 答（中国科学院系统所洪奕光教授）：众所周知，在收敛性的研究中（多智能体一致性也是一个收敛性问题），有无穷时间收敛和有限时间收敛。 当我们研究无穷时间收敛时，除了得出收敛性质外，我们还可以进一步考虑收敛速度。比如一些研究成果就讨论所给出的控制或算法是否保证系统是指数收敛等，并且还可以比较不同算法的收敛速度快慢。而fast consensus应当也是在无穷时间收敛意义下对收敛速度及其改进的研究。 当我们研究有限时间收敛时（在一致性问题中就是考虑每个多智能体能够在有限时间之内其状态或输出变成一致），我们则考虑系统是否能够有限时间收敛，若是则考虑能否得到或估计出系统的收敛时间（convergence time 或settling time）。对不同的控制或算法，我们还可以进一步比较哪个收敛时间更短。 |
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