理论证据包 · 31 知识点

理论:闭环反馈与稳定性

Theory · 控制理论证据包

开环 vs 闭环控制(前馈/反馈本质) KT-ctrl-001

定义开环(前馈)通过施加控制律但不用测量结果修正输入,对建模误差更敏感;闭环(反馈)将输出与设定值比较并据此调节输入,用被控量测量误差主动校正系统行为。

数学开环 u=K·r(控制器直接作用于指令);闭环 u=K·(r−y)=K·e,误差 e=r−y 反馈进输入,L=GGc 为回路增益。

Agent 映射:开环 Agent = 单次 prompt 直接生成结果(不校验输出,错误不可纠);闭环 Agent = 生成→评估→纠正自我迭代,用评估器测量输出与目标差距并反哺修正。

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SRC级别信源
SRC-001S1MIT OCW 16.30 Lec1 Introduction
SRC-002S1NPTEL IIT Madras Control Systems Overview

负反馈闭环系统结构 KT-ctrl-002

定义闭环系统由设定值/参考指令、传感器(测被控量)、执行器(施加控制)、控制律(控制器)及被控对象组成;误差 = 设定值 − 测量值,控制律基于误差生成校正量。

数学e = r − y;y = T(r−n) + S·do + SG·di,L=GGc 回路增益,S=(I+L)⁻¹ 灵敏度,T=L(I+L)⁻¹ 补灵敏度。

Agent 映射:目标/规格=设定值 r;工具/评估=传感器 y;执行动作=执行器;策略/prompt 模板=控制律;误差=当前执行与目标的偏差,驱动下一轮动作。

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SRC级别信源
SRC-001S1MIT OCW 16.30 Lec1+Lec24
SRC-002S1NPTEL Closed Loop System

稳定性定义(BIBO/渐进/Lyapunov) KT-ctrl-003

定义BIBO 稳定=有界输入必有界输出;Lyapunov 稳定=平衡点微小偏差使轨迹始终在平衡点附近;渐进稳定=偏差最终被遗忘回到平衡点;指数稳定=渐进且收敛速度指数级快。

数学Lyapunov 对 ẋ=f(x),平衡点 x0:稳定/渐近/指数;线性判据 A 特征值全在左半平面(Hurwitz)⇔ 渐近稳定。

Agent 映射:Agent 稳定=输出不因微小扰动崩坏(BIBO 类比);渐进稳定=多轮迭代后收敛正确解不放大中间错误;评估层需具误差遗忘特性防错误积累。

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SRC级别信源
SRC-001S1MIT OCW 16.30 Lec22 Lyapunov
SRC-002S1NPTEL BIBO Stability

误差收敛与反馈校正律 KT-ctrl-004

定义反馈校正律以误差 e=设定值−测量值为驱动,通过迭代调节输入使误差收敛;稳态误差取决于回路增益与系统型别。

数学追踪 e = r − y;理想追踪要求 |S(jω)| 低频足够小;|L(jω)|≫1 ⇒ S≈L⁻¹ 使 |S|≪1、|T|≈1;系统型别决定对阶跃/斜坡/抛物线指令的稳态误差。

Agent 映射:自纠迭代=每轮算期望 vs 实际误差 e,用校正律(改 prompt/换策略)缩小 e;收敛保证=校正步进与误差方向一致,避免震荡。

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SRC级别信源
SRC-001S1MIT OCW 16.30 Lec24 Closed-loop analysis
SRC-002S1NPTEL Steady State Error Analysis

经典 LTI 稳定性判据直觉 KT-ctrl-005

定义LTI 系统稳定当且仅当所有极点位于 s 平面左半平面;Routh 判据通过特征多项式系数符号无需解根即可判稳;根轨迹绘制随增益变化闭环极点移动,展示稳定性边界。

数学闭环极点 = 1+GcG=0 的根;Routh-Hurwitz:特征方程系数+Routh 阵列第一列全同号⇒稳定;根轨迹满足幅值/相角条件 |GcG|=1、∠GcG=±180°。

Agent 映射:若状态演化算子连续放大小误差则不稳定(右半平面极点类比);Routh 判据=无需完整运行就能判定 Agent 是否发散;根轨迹=调参观察行为是否越出可接受边界。

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SRC级别信源
SRC-001S1MIT OCW 16.30 Lec2+Lec7
SRC-002S1NPTEL Routh's Stability Criterion / Root Locus

反馈系统灵敏度与鲁棒性基础 KT-ctrl-006

定义灵敏度 S=(I+L)⁻¹ 刻画闭环对模型误差/参数摄动的敏感度,高回路增益可显著降低对模型误差敏感性(鲁棒性);鲁棒稳定要求闭环在模型不确定范围内仍稳定。

数学S=(I+L)⁻¹,T=L(I+L)⁻¹,且 T(s)+S(s)=I;|L(jω)|≫1 ⇒ 对对象灵敏度 S≈0(跟踪/抗扰好、鲁棒);鲁棒稳定性要求增益/相位裕度充分。

Agent 映射:Agent 鲁棒性=对模型/环境假设偏差不敏感;高回路增益(强校验/强纠错)降低对基座模型误差(幻觉/工具波动)敏感度;设计评估阈值留裕度避免临界震荡。

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SRC-001S1MIT OCW 16.30 Lec24+Lec19
SRC-002S1MIT OCW 16.30 Lec19 Robustness