tilanohjausmenetelmät

Tilanhallinta- tai tilanohjausmenetelmät ovat ohjaustekniikan ryhmä, jossa järjestelmä kuvataan tilamuuttujilla ja ohjauslaki suunnitellaan tilan perusteella. Yleinen tilamalli esitetään jatkuva-aikaisena muodossa ẋ = Ax + Bu, y = Cx + Du, tai diskreetti-aikaisena muodossa x_{k+1} = Ax_k + Bu_k, y_k = Cx_k + Du_k. Mallin avulla voidaan analysoida järjestelmän dynamiikkaa sekä vaikuttaa tilaan tai mittaustuloksiin.

Käytännössä tilanohjauksessa on kaksi keskeistä tehtävää: ohjauslaki, jolla tilaa säädetään, ja tila-arviointi, jos kaikkia tilamuuttujia ei ole mitattavissa. Tilan estimaatio voidaan hoitaa Kalman-suodattimella tai Luenberger-observerilla. Kontrolloitavuus (controllability) ja havaittavuus (observability) ovat ominaisuuksia, joiden olemassaolo määrittää, voiko haluttua tilaa saavuttaa ja tilaa päätellä pelkistä mittauksista.

Suunnittelumenetelmistä tunnetuimpia ovat: pole placement eli tilan napojen sijoittaminen toivottuihin paikkoihin suljetussa silmukassa; lineaarinen kvadratiivinen regulaattori (LQR), joka minimoi kvadratiivisen kustannusfunktion ja tuottaa ohjauslakin u = -Kx; Kalman-suodatin sekä sen yhdistelmä LQG; Extended Kalman Filter (EKF) ei-lineaarisille malleille. Lisäksi tilanohjauksessa käytetään malliin perustuvaa ohjausta (MPC) rajoitteiden huomioimiseksi.

Tilanhallintamenetelmät ovat keskeisiä robotiikassa, ilmailussa, prosessiteollisuudessa sekä ajoneuvo- ja älylaitteissa. Ne vaativat tarkkaa mallinnusta sekä huolellista estimoinnin ja robostisuuden konfigurointia.