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2020 | OriginalPaper | Buchkapitel

2. Stochastic Optimization of Regulators

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Abstract

The optimal design of regulators is often based on the use of given, fixed nominal values of initial conditions, external loads and dynamic parameters of the control system. However, due to variations of material properties, tasks to be executed, modeling errors, etc., the model parameters are not exactly known and given quantities. In addition, the state of the system cannot be observed or measured exactly there are always some observational/measurement errors. Thus, a predetermined (optimal) regulator should be robust, i.e. the regulator should guarantee satisfying results also in case of observational errors and errors in the selection of the initial conditions, external load parameters, dynamic parameters, etc. Since uncertainties can be modeled and recorded very efficiently by probabilistic terms, in contrast to other approaches in optimal regulator design, the occurring errors are modeled here by realizations of random variables having a given or at least partly known probability distribution. Thus, instead of calculating optimal regulators by solving very complex minimax optimization problems, here, robust optimal regulators can be found by means of stochastic optimization methods. Using Taylor expansion methods for calculating the occurring expectations, stochastic optimal regulators can be determined by deterministic optimization problems which can be handled partly analytically for additive as well as multiplicative measurement errors. Moreover, the procedure indicates how the gain matrices must be selected in order to get stable perturbation equations for the sensitivities. Finally, the given procedure is applied to the important field of active control of mechanical structures. An illustrative example is given.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat Ackermann, J.: Robuste Regelung: Analyse und Entwurf von linearen Regelungssytemen mit unsicheren physikalischen Parametern. Springer, Berlin (1993)CrossRef Ackermann, J.: Robuste Regelung: Analyse und Entwurf von linearen Regelungssytemen mit unsicheren physikalischen Parametern. Springer, Berlin (1993)CrossRef
2.
Zurück zum Zitat Åström, K.J.: Introduction to Stochastic Control Theory. Elsevier, Amsterdam (1970) Åström, K.J.: Introduction to Stochastic Control Theory. Elsevier, Amsterdam (1970)
3.
Zurück zum Zitat Aurnhammer, A.: Optimale Stochastische Trajektorienplanung und Regelung von Industrierobotern. No. 1032 in Fortschrittberichte VDI, Reihe 8. VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf (2004) Aurnhammer, A.: Optimale Stochastische Trajektorienplanung und Regelung von Industrierobotern. No. 1032 in Fortschrittberichte VDI, Reihe 8. VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf (2004)
4.
Zurück zum Zitat Basar, T., Bernhard, P.: H ∞-Optimal Control and Related Minimax Design. Birkhäuser, Boston (1995) Basar, T., Bernhard, P.: H -Optimal Control and Related Minimax Design. Birkhäuser, Boston (1995)
5.
Zurück zum Zitat Block, C.: Aktive Minderung personeninduzierter Schwingungen an weit gespannten Strukturen im Bauwesen. No. 336 in Fortschrittberichte VDI, Reihe 11, Schwingungstechnik. VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf (2008) Block, C.: Aktive Minderung personeninduzierter Schwingungen an weit gespannten Strukturen im Bauwesen. No. 336 in Fortschrittberichte VDI, Reihe 11, Schwingungstechnik. VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf (2008)
6.
Zurück zum Zitat Buonaccorsi, J.: Measurement Error: Models, Methods and Application. Chapman and Hall/CRC Press, Boca Raton (2010)CrossRef Buonaccorsi, J.: Measurement Error: Models, Methods and Application. Chapman and Hall/CRC Press, Boca Raton (2010)CrossRef
7.
Zurück zum Zitat Demyanov, V., Rubinov, A.: Approximate Methods in Optimization Problems. American Elsevier, Publishing Company, Inc., New York (1970) Demyanov, V., Rubinov, A.: Approximate Methods in Optimization Problems. American Elsevier, Publishing Company, Inc., New York (1970)
8.
Zurück zum Zitat Dieudonné, J.: Foundations of Modern Analysis. Academic Press, New York (1969) Dieudonné, J.: Foundations of Modern Analysis. Academic Press, New York (1969)
9.
Zurück zum Zitat Dullerud, G., Paganini, F.: A Course in Robust Control Theory. Springer, New York (2000)CrossRef Dullerud, G., Paganini, F.: A Course in Robust Control Theory. Springer, New York (2000)CrossRef
11.
Zurück zum Zitat Kalman, R., et al.: Topics in Mathematical System Theory. McGraw-Hill Book Company, New York (1969) Kalman, R., et al.: Topics in Mathematical System Theory. McGraw-Hill Book Company, New York (1969)
13.
Zurück zum Zitat Marti, K.: Approximationen Stochastischer Optimierungsprobleme. Konigstein/Ts, Hain (1979) Marti, K.: Approximationen Stochastischer Optimierungsprobleme. Konigstein/Ts, Hain (1979)
14.
Zurück zum Zitat Marti, K.: Stochastic optimization methods in robust adaptive control of robots. In: Groetschel, M.E.A. (ed.) Online Optimization of Large Scale Systems, pp. 545–577. Springer, Berlin (2001)CrossRef Marti, K.: Stochastic optimization methods in robust adaptive control of robots. In: Groetschel, M.E.A. (ed.) Online Optimization of Large Scale Systems, pp. 545–577. Springer, Berlin (2001)CrossRef
15.
Zurück zum Zitat Marti, K.: Adaptive Optimal Stochastic Trajectory Planning and Control (AOSTPC) for Robots, pp. 155–206. Springer, Berlin (2004) Marti, K.: Adaptive Optimal Stochastic Trajectory Planning and Control (AOSTPC) for Robots, pp. 155–206. Springer, Berlin (2004)
16.
Zurück zum Zitat Marti, K.: Optimal design of regulators subject to stochastic uncertainty. In: Topping, B., Iványi, P. (eds.) Proceedings of the Twelfth International Conference on Computational Structures Technology, Paper 135. Civil-Comp Press, Stirlingshire (2014). https://doi.org/10.4203/ccp.106.135 Marti, K.: Optimal design of regulators subject to stochastic uncertainty. In: Topping, B., Iványi, P. (eds.) Proceedings of the Twelfth International Conference on Computational Structures Technology, Paper 135. Civil-Comp Press, Stirlingshire (2014). https://​doi.​org/​10.​4203/​ccp.​106.​135
18.
Zurück zum Zitat Müller, P.: Stabilität und Matrizen: Matrizenverfahren in der Stabilitätstheorie linearer dynamischer Systeme. Springer, Berlin (1977)CrossRef Müller, P.: Stabilität und Matrizen: Matrizenverfahren in der Stabilitätstheorie linearer dynamischer Systeme. Springer, Berlin (1977)CrossRef
19.
Zurück zum Zitat Nagarajaiah, S., Narasimhan, S.: Optimal control of structures. In: Arora, J. (ed.) Optimization of Structural and Mechanical Systems, pp. 221–244. World Scientific, New Jersey (2007)CrossRef Nagarajaiah, S., Narasimhan, S.: Optimal control of structures. In: Arora, J. (ed.) Optimization of Structural and Mechanical Systems, pp. 221–244. World Scientific, New Jersey (2007)CrossRef
20.
Zurück zum Zitat Pfeiffer, F., Johanni, R.: A concept for manipulator trajectory planning. IEEE J. Robot. Autom. 3(2), 115–123 (1987)CrossRef Pfeiffer, F., Johanni, R.: A concept for manipulator trajectory planning. IEEE J. Robot. Autom. 3(2), 115–123 (1987)CrossRef
21.
Zurück zum Zitat Schacher, M.: Stochastisch optimale Regelung von Robotern. No. 1200 in Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 8, Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik. VDI Verlag GmbH, Düsseldorf (2011) Schacher, M.: Stochastisch optimale Regelung von Robotern. No. 1200 in Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 8, Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik. VDI Verlag GmbH, Düsseldorf (2011)
22.
Zurück zum Zitat Soong, T.: Active Structural Control: Theory and Practice. John Wiley, New York (1990) Soong, T.: Active Structural Control: Theory and Practice. John Wiley, New York (1990)
23.
Zurück zum Zitat Soong, T., Costantinou, M.: Passive and Active Structural Vibration Control in Civil Engineering. CISM Courses and Lectures, vol. 345. Springer, Wien (1994) Soong, T., Costantinou, M.: Passive and Active Structural Vibration Control in Civil Engineering. CISM Courses and Lectures, vol. 345. Springer, Wien (1994)
24.
Zurück zum Zitat Soong, T., Spencer, B.: Active, semi-active and hybrid control of structures. Bull. N. Z. Soc. Earthq. Eng. 33(3), 387–402 (2000) Soong, T., Spencer, B.: Active, semi-active and hybrid control of structures. Bull. N. Z. Soc. Earthq. Eng. 33(3), 387–402 (2000)
Metadaten
Titel
Stochastic Optimization of Regulators
verfasst von
Kurt Marti
Copyright-Jahr
2020
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-030-55662-4_2