哪个大神能简单又清楚的论述一下鲁棒控制和未来发展趋势

哪个大神能简单又清楚的论述一下鲁棒控制和未来发展趋势？

鲁棒控制诞生于上世纪70年代末，当时是为了解决航空航天领域的控制问题。所采用的方法也是基于线性算子理论的纯数学技术，后来，1989年，Doyle，Glover，Khargonekar 、Francis四人提出了一套利用状态空间描述求解线性Hinf控制问题的方法，成为一直到现在求解Hinf问题的两个重要方法之一。

紧接着，自90年代以来，产生了Hinf混合灵敏度、mu方法、Hinf loop-shaping技术这一批实用价值极高、内涵优美的方法。这批线性鲁棒控制技术直接和间接地推进了美国航空工业的发展，大量飞机发动机和航天器姿态控制都基于这套技术，这套技术被业界称为DGKF方法。有数本专著完整地论述DGKF方法，其中最好当首推周克敏教授的《Robust and Optimal Control》，他把频域鲁棒控制的理论写得极其优雅，兼具理论和实用性。

90年代初，法国的Boyd提出了求解Hinf问题的线性矩阵不等式方法（LMI），这是一套更加有效和简单的方法，比DGKF所基于的求解两个Riccati方程的方式数值上更加高效，也更简洁。于是线性鲁棒控制进入了新的时期，又得到了快速发展，一大批不依赖于频域的时域技术也被相继建立，基于状态反馈的、基于输出反馈的、二次型指标的、线性不确定时滞系统等等，一大批时域定理，可以有效地解决线性不确定系统的控制问题。同样LMI也可以顺利地用于频域，去实现Hinf混合灵敏度、mu方法、Hinf loop-shaping等。这一时期有Dullerud的《A Course in Robust Control Theory》，以及近几年刘康志教授和姚郁教授刚写就的《线性鲁棒控制》（中英都有），还有Skogestad的《Multivariable Feedback Control: Analysis and Design》。

其实，自Hinf控制问题提出至今已近30年，但它仍然在许多高端控制技术领域发挥着举足轻重的作用，许多精密仪器设备，例如电脑的磁盘驱动器，跑的算法很多都采用的是mu综合和Hinf loop-shaping的算法。自有限维状态空间的Hinf 问题提出之时，就一直有无穷维空间的控制问题存在，并且最初的解决Hinf的算子方法，可以用于解决无穷维问题，只是非常复杂，实际应用起来也不如DGKF 方法和LMI实用。因为本身鲁棒控制就是为了解决模型不确定的问题而生的。模型不确定性可以分两类，一类是物理系统本身极其复杂以致不能够获得精确模型的；另一类是物理系统本身可以用数学模型精确描述，只是这个模型太复杂而不适合采用现有的控制技术设计合适的控制器，这类系统的典型例子就是流体动力学系统，因为给了初始条件和边界条件，对固定的三维流场区域就可以通过Navier-Stokes方程描述流体的动力学行为，只是模型太复杂，就算利用CFD的相关技术也很难进行控制器设计。正因为如此，分布参数系统的鲁棒控制没有得到太广泛的应用。事实上，复杂的分布参数系统都可以采用高阶的有限维状态空间模型来近似，而模型误差可以完全交给鲁棒控制中的模型不确定性来统一处理。

同样，线性鲁棒控制技术的成功也让人们开始关注非线性系统的鲁棒控制。尽管非线性控制已经有许多成熟的技术，例如滑模控制、back-stepping方法、反馈线性化等等，但是线性MIMO鲁棒控制的有效性也使得人们希望能在非线性系统中得到等价的结果，但是很快，人们发现，非线性系统并不像线性系统那样容易对付，非线性Hinf问题最终转化为HJI方程，这是一个非线性偏微分方程，对于一般性问题几乎很难找到解析解，但是仍人获得了不少近似方法，来获得非线性的鲁棒控制器。我不是非线性鲁棒控制方面的专家，说得不对的地方，请指正。事实上非线性控制理论的研究还是极具意义的，因为像机器人控制、飞行姿态控制等这些

都属于本质非线性问题，仅仅采用线性方法已经不能满足高精度、高稳定性和跟踪性能的要求了。对这类本质非线性的系统采用线性的鲁棒控制技术只能让控制器被设计得很保守，以致为了保证稳定性，带宽被压得很低，跟踪和抗扰性能都不高。尽管如此，线性鲁棒控制还是一种极其重要和强大的工具，有了它你可以高效地解决绝大多数控制问题。同时线性鲁棒控制技术已经发展得很成熟了，就像苏宏业老师曾说过的，现在再做些鲁棒控制方面的东西，就好像学生在做作业。的确是这样的，一套再高大上的理论，一旦发展成熟，并在工业中得到广泛应用，它的科研价值也就大大下降了。但我觉得鲁棒控制还远没有在工业中得到广泛应用，在电厂跑的仍然是PID，大部分化工厂的分散控制用的还是PID，供热空调领域用的仍然是PID。为什么？很简单，因为PID已经能够满足要求。那么要那么复杂的鲁棒控制干嘛？对于不同的被控对象，不同的控制要求，确实有一大部分可以由PID来满足，但并不是全部。

在实际工业过程和先进装备系统中，都存在大量的强耦合多输入多输出的被控对象，这类对象尽管可以通过解耦、输入输出配对等方式利用PID控制得到一定程度的解决，但绝大多数强耦合非线性MIMO系统在这种传统控制下都不能达到较好的稳定性和性能，即使能够在个别工况点附近得到镇定，当系统发生大范围工况变化时，要么性能会下降严重，要么稳定性会遭到破坏。Hinf鲁棒控制则是一种强有力的解决这类系统的技术手段。许多行业正亟需高端的控制技术的发展，以提高其生产效益，降低成本的投入。MPC也是一种极好的解决方案。事实上鲁棒控制和MPC面向的不是同一类问题，鲁棒更注重在模型和环境不确定的条件下实现跟踪、抗扰和稳定性能，MPC则更注重在考虑约束存在的条件下让预测时域内的目标函数达到最优，所以MPC更适合于现代工业领域的节能、经济性要求。而鲁

棒控制则更适用于精密仪器设备对稳定、抗扰和跟踪性能的要求。当前，将两种思想融合的鲁棒预测控制（RMPC）在学术领域也是一种颇有前景的控制理论。

就未来发展而言，在理论上，鲁棒控制还是存在不少值得挖掘的方面，但想要获得重大的理论突破，我觉得难度还是非常大的，并且要兼顾实际应用，想超越DGKF 和LMI的成就，个人感觉还是十分困难的。但在工业应用领域，鲁棒控制还远远没有完全施展它强大的威力，当前制造业的众多应用中也正亟需鲁棒控制方面的技术和人才，电力系统、电厂热力系统、燃气轮机、内燃机、压缩机等的控制，也亟需结合鲁棒控制及一些先进的非线性反馈控制算法。

我最初就是被线性鲁棒控制理论的优美和强大所深深吸引，为深深地沉浸在线性鲁棒控制的理论里，所以也详细研读过上面提到的四本书数遍。我听过一种说法，是说会了鲁棒控制你将无所不能。个人感觉有些言过其实，不过就从工业领域的应用效果来看，鲁棒控制确实是少有的理论与实践结合最为紧密的控制技术之一，另一个我相信肯定是模型预测控制（MPC）。我已经不搞鲁棒好些年了，一些理论和应用细节已经淡忘了不少，现在在做MPC相关的东西，MPC更加适合于现代工业的大规模过程的优化控制。但我仍然深爱着鲁棒控制，因为它曾给我许多的惊喜，曾让我惊叹世上竟有如此优雅又实用的技术。

本来没想写这么多，只是想写点自己的心得和体会，供初涉鲁棒控制领域的同学借鉴吧。