Cooperative Control of Parallel Actuators for Linear Robust Output Regulation of Uncertain Linear Minimum-phase Plants
作者: Liang Xu, Tao Liu, Zhiyun Lin
分类: eess.SY
发布日期: 2026-03-31
💡 一句话要点
针对不确定线性最小相位系统，提出一种基于协同并联执行器的鲁棒输出调节方法
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 鲁棒控制 输出调节 内模原理 多执行器协同 分布式控制
📋 核心要点
- 现有方法难以处理具有不确定性的线性最小相位系统，尤其是在多执行器协同控制的场景下，鲁棒性面临挑战。
- 论文提出一种分布式动态输出反馈控制律，通过耦合项实现多执行器的协同，并降低对执行器数量的依赖。
- 数值实验验证了所提控制律的有效性，并且该方法允许使用不稳定的执行器，扩展了适用范围。
📝 摘要（中文）
本文研究了具有多个执行器协同并联操作的不确定线性最小相位系统的鲁棒输出调节问题。基于内模方法，我们首先提出了一种动态输出反馈控制律，以解决单执行器下的鲁棒输出调节问题。然后，我们构建了一种分布式动态输出反馈控制律，该控制律几乎独立于执行器的数量，并结合了耦合项，以解决多个执行器在无向通信网络上协同并联操作的线性鲁棒输出调节问题。我们揭示了单执行器操作下的动态输出反馈控制律与多执行器协同并联操作下的分布式动态输出反馈控制律之间参数设计的联系。此外，我们取消了执行器动力学必须是Hurwitz稳定的现有假设，从而能够在我们的框架中包含不稳定的执行器。最后，通过两个数值例子验证了所提出的控制律的有效性。
🔬 方法详解
问题定义：本文旨在解决不确定线性最小相位系统在多个执行器协同并联操作下的鲁棒输出调节问题。现有方法通常假设执行器动力学是Hurwitz稳定的，并且在多执行器协同控制时，鲁棒性设计复杂，难以保证系统性能。
核心思路：论文的核心思路是基于内模方法设计动态输出反馈控制律，并将其扩展到分布式控制架构，以实现多执行器的协同控制。通过引入耦合项，使得每个执行器的控制律能够感知其他执行器的状态，从而实现整体的鲁棒输出调节。
技术框架：整体框架包含以下几个主要模块：1) 单执行器动态输出反馈控制律设计：基于内模原理，设计能够保证鲁棒输出调节的动态输出反馈控制器。2) 分布式动态输出反馈控制律设计：将单执行器控制律扩展到多执行器场景，引入耦合项实现协同。3) 通信网络建模：考虑执行器之间的无向通信网络，设计相应的通信协议。
关键创新：论文的关键创新在于：1) 提出了适用于多执行器协同并联操作的分布式动态输出反馈控制律，该控制律几乎独立于执行器的数量。2) 放宽了对执行器动力学稳定性的要求，允许使用不稳定的执行器。3) 揭示了单执行器控制律和多执行器控制律之间参数设计的联系，简化了设计过程。
关键设计：关键设计包括：1) 动态输出反馈控制器的参数设计，需要保证闭环系统的稳定性和鲁棒性。2) 耦合项的设计，需要保证执行器之间的协同效果，同时避免引入不必要的复杂性。3) 通信拓扑的设计，需要保证信息的有效传递，同时降低通信成本。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
论文通过数值实验验证了所提出的控制律的有效性。实验结果表明，该控制律能够实现对不确定线性最小相位系统的鲁棒输出调节，并且在多执行器协同控制下，系统性能优于单执行器控制。此外，实验还验证了该方法允许使用不稳定的执行器，扩展了适用范围。
🎯 应用场景
该研究成果可应用于需要高精度控制的工业自动化领域，例如多轴机器人、并联机器人、以及分布式能源系统等。通过协同多个执行器，可以提高系统的控制精度、鲁棒性和可靠性，从而提升生产效率和产品质量。此外，该方法允许使用不稳定的执行器，为执行器的选择提供了更大的灵活性。
📄 摘要（原文）
This paper investigates the robust output regulation problem for an uncertain linear minimum-phase plant with cooperative parallel operation of multiple actuators. Building on the internal model approach, we first propose a dynamic output feedback control law to solve the robust output regulation problem with a single actuator. Then, we construct a distributed dynamic output feedback control law that is nearly independent of the number of actuators and incorporates coupling terms to address the linear robust output regulation problem with cooperative parallel operation of multiple actuators over undirected communication networks. We reveal the connection in the design of parameters between the dynamic output feedback control law under single actuator operation and the distributed dynamic output feedback control law under cooperative parallel operation with multiple actuators. Moreover, we remove the existing assumption that the actuator dynamics must be Hurwitz stable, thereby enabling the incorporation of unstable actuators in our framework. Finally, two numerical examples are provided to validate the effectiveness of the proposed control laws.