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第6章最优控制祥解.ppt
6.11.2 离散系统的动态规划 6.11.3 连续系统的动态规划 利用动态规划最优性原理,可以推导出能泛函为极小应满足的条件— 哈密尔顿—雅可比方程。 即 综上所述,可将连续型动态规划求解最优控制问题的步骤归纳如下: 1)构造哈密尔顿函数: 2) 由上述条件解出的 的函数。 3)将 代入哈密尔顿一贝尔曼方程,并根据边界条件,解出 4)将 代回 ,即得最优控制 它是状态变量的函数,据此可实现闭环最优控制。 5)将 代入状态方程,可进一步解出最优轨线 6)再将 代人求得最优性能泛函 。 6.12 线性二次型最优控制问题 6.12.1 二次型性能泛函 二次型性能泛函的一般形式如下: 6.12.2 有限时间状态调节器问题 状态调节器的任务在于,当系统状态由于任何原因偏离了平衡状态时, 能在不消耗过多能量的情况下,保持系统状态各分量仍接近于平衡状态。在 研究这类问题时,通常是把初始状态矢量看作扰动,而把零状态取作平衡状 态。于是调节器问题就变为寻求最优控制规律u,在有限的时间区间 内,将系统从初始状态转移到零点附近,并使给定的性能泛函取极值。 6.12.3 无限时间状态调节器问题 对于无限时间状态调节器,这里要强调以下几点: 1)适用于线性定常系统,且要求系统完全能控,而在有限时间状态调节 器中则不强调这一点。 2)在性能泛函中,由于 ,而使终端泛函 失 去了意义,即 3)与有限时间状态调节器一样,最优控制也是全状态的线性反馈,结构 图也与前面的相同。但是,这里的P 是n×n 维的实对称常矩阵,是黎卡捉矩 阵代数方程的解。因此,构成的是一个线性定常闭环系统。 4)闭环系统是渐近稳定的,即系统矩阵 的特征值均具 负实部,而不论原受控系统A的特征值如何。 6.12.4 输出调节器问题 1.输出调节器的任务是当系统受到外扰时,在不消耗过多能量的前提下, 维持系统的输出矢量接近其平衡状态。 1.线性时变系统输出调节器问题 给定一个能观的线性时变系统: 性能泛函为: 于是可以用状态调节器上式来确定最优控制: 式中, 为下列黎卡提距阵微分方程的解: 边界条件: 给定一个完全能控、能观的线性定常系统: 2. 线性定常系统输出调节器问题 性能泛函为: 式中, 任意取值; 为正定对称矩阵; 为正定或半正定矩阵。 要求在系统方程约束下,寻求 最优控制为: 而 是下列黎卡提代数微分方程的解: 6.12.5 跟踪器问题 1.线性时变系统跟踪器问题 2.线性定常系统 6.1 3 线性二次型次优控制问题 没完全能控、能观系统的动态方程为: 性能指标为二次型: 式中, 为正定(或半正定)对称阵; 为正定对称阵。 如上所述,设控制变量 是由输出变量 的线性负反馈所构 成,即 闭环系统结构图示如下图所示: 从图可得闭环系统的状态方程: (1) 式中, 为闭环系统的状态矩阵。 式中 此时,性能指标演化为: (2) 在规定了系统结构的情况下,设计任务就是确定输出反馈矩阵K,使性 能指标式(2)取极值。 对渐近稳定系统式(1),构造一个李雅普诺夫函数: 对于渐近稳定的系统,当 必须为负定。 将上式两边求导数,得: (3) 为此,令: (4) 式中Q 为正定的实对称阵。 因此 (5) 是负定的。比较式(5)和式(3)可得: (6) 将式(6)代入式(2),得性能指标: (7) 由于A 所有特征值均具负实部,故有 ,从而下式成立: 此外,反馈矩阵K 亦不能从李雅普诺夫方程: (8) 直接求解。因为式(8)中的P 和K 阵都未知。 一个简单的处理方法是用梯度速降法,由式(5)解出用K 表示的P , 即P【K】,然后代入性能指标式(7),再令: 解出使 的K。 本章完 * 6.1
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