基于遗传算法的LQR算法中权矩阵的优化分析

LQR控制算法是目前结构主动控制设计分析时最广泛采用的方法。在LQR算法中,权矩阵Q和R的选取直接影响着结构的动力反应和控制力。目前如何确定最优形式和大小的Q和R以获得全局最优控制力仍然是个难题。采用遗传算法,在一定的目标函数下对LQR算法中权矩阵Q和R进行优化,使其控制效果能够满足结构性能要求,并对优化结果下的动力反应进行了分析比较和结果的验证。

基于LQR理论的车辆液压能量再生系统特性仿真研究

以车辆液压能量再生系统为研究对象,以二次元件(液压马达工况)跟随车辆传动主轴转速为控制目标,建立了电液控制系统状态数学模型。针对引入线性二次型最优控制(LQR)理论前后的电液控制系统进行了数字仿真与分析。仿真结果表明:能量再生控制系统引入LQR理论后,响应过程的过渡阶段振荡与超调量获得较大幅度抑制与衰减,具有更优的响应特性;此外控制系统响应性能的优劣与加权矩阵Q、R参数取值有密切关系。

实用航空发动机LQR权阵选取方法

为了简化航空发动机LQR方法权阵的选取,基于优化理论提出了一种新的目标函数选取方法。该目标函数同时反映控制性能与控制能量的影响,因此,通过优化该目标函数得到的权阵设计出的LQR控制器不仅性能优良,还能保证控制能量在可接受的范围内。此外,该目标函数中包含且只包含了一个可调参数,可简化控制器参数调节过程,使设计者能轻松地在控制性能与控制能量间找到合理的折中。线性仿真、非线性仿真及半物理仿真试验均验证了按此方法设计的控制器的性能。

基于混沌变量的LQR控制器权矩阵优化设计

针对线性二次最优控制中加权矩阵难以确定的问题,引入一种系统瞬态响应这一具有直接工程意义的品质指标,提出基于logistic混沌变量的LQR权矩阵优化设计方法,为改善混沌变量大范围寻优效果不明显的不足,引入了混沌局部细搜索,找出全局最优值。根据该方法确定加权阵设计的最优控制器,可实现闭环系统具有所期望的动态特性,能保证闭环系统的渐进稳定性,且具有较大的稳定裕度。最后,通过一个SISO三阶系统的仿真实列,表明了该方法的可行性和优越性。

基于遗传算法的汽车主动悬架LQR控制器的优化设计

针对汽车主动悬架LQR控制器的设计,利用遗传算法的全局搜索能力,以主动悬架的性能指标作为目标函数对加权矩阵进行优化,提高了LQR控制器的设计效率和性能。仿真结果表明基于遗传算法设计的LQR控制器减少了路面对车身的振动冲击,提高了汽车操作的稳定性和乘坐的舒适性。

精密设备主动SAWPSO-LQR振动控制器设计及仿真研究

精密设备的振动控制效果直接关系到其是否能够正常使用。线性二次型最优控制算法(LQR)已广泛应用于振动控制领域。关于LQR控制器权矩阵的确定问题一直备受关注,而传统的计算往往以假设或经验性取值为主,不科学且不能充分发挥控制器性能。自适应权重粒子群算法(SAWPSO)克服了传统粒子群算法寻优过程的早熟情况,能使PSO算法达到局部及全局最优的平衡。基于SAWPSO算法,设计了SAWPSO-LQR控制器,对精密设备微振动进行了LQR权值自整定的优化控制研究;并针对不同工况进行了对比仿真。数值结果表明,合理的隔振系统参数设置及权值搜索范围对于控制效果影响较大,在此基础上的适应值函数选取亦有一定影响;但并非决定作用。研究为精密设备微振动及最优LQR振动控制提供了新思路。

基于LQR的二级倒立摆的模糊控制

本文基于模糊控制理论研究了二级倒立摆的控制问题。二级倒立摆为多变量系统,为了解决模糊控制器规则组合爆炸问题,采用LQR控制方法设计了融合函数以降低模糊控制器的输入变量维数,大大减少模糊控制的规则数,并研究了量化因子对控制效果的影响,通过设置阈值使量化因子可自动调节,进而提高模糊控制器的性能品质。仿真结果证明这种模糊控制算法规则数少,响应速度快,有良好的稳定性和鲁棒性。

Vibration Control of FGM Piezoelectric Plate Based on LQR Genetic Search

Active vibration control of functionally graded material (FGM) plate with integrated piezoelectric layers is studied. In this regard, a finite element model based on the classical plate theory is adopted and extended to the case of FGM plate to obtain a space state equation. Rectangular four node and eight node elements are used for the analysis purpose. The material proprieties of FG plate are assumed to be graded along the thickness direction. In order to control the vibration of the plate, an LQR controller has been designed and developed. The weighing factors are obtained by using genetic algorithm. The proposed results of finite element modeling are verified with the results obtained using ANSYS. Also the validation of methodology is done with comparing the results with that of available in literature and found in well agreement. Further analysis is performed for three sets of power law exponent n = 0, 1 and 100 which gives benchmark results for vibration control of FGM piezoelectric plate.

LQ群及LQR群的构造

通过L分解求得L质数集合,于LQ上定义运算得LQ群;并提出具有正反双性的复元体集W,通过约消变换R获得W,在其上建立容消运算U,证明W与LQ群同构而称其为LQR群;最后阐述了它们中反元的实际意义与两群的作用.

基于参数自适应模糊PI的三级倒立摆控制

三级倒立摆作为高阶次、多变量、非线性、强耦合的不稳定系统,不易对其进行有效控制。在基本模糊控制器基础上,设计了一种参数自适应模糊PI控制器。即通过LQR(Linear Quadratic Regulator)最优控制理论方法,确定出融合函数,降低了模糊控制器的输入维数,减少了控制器规则数。经过参数修正模糊控制器,实现参数自适应调整,提高了系统控制性能。通过SIMULINK仿真及对比,结果显示,系统能在较短时间内达到稳定,控制效果、稳定性及鲁棒性均较好,能满足系统要求。

四旋翼飞行器的建模与姿态控制

对于具有多变量非线性耦合特性的四旋翼飞行器对象,以2种方法实现飞行姿态的实时控制。第1种方法是根据其运动学物理模型,利用线性二次型最优调节器(LQR)方法在线计算状态反馈控制率;第2种方法是基于数据驱动的方法,采用基于状态相依ARX模型描述对象的全局非线性动态过程,利用RBF神经网络逼近状态相依ARX(RBF-ARX)模型函数型系数,以状态信号量引导模型实时反映对象的局部特性,在递推得到多步向前预测状态空间RBF-ARX模型的基础上设计模型预测控制器。四旋翼飞行器实验装置的建模和实时控制效果验证了本文方法的可行性和有效性。

二级倒立摆两种控制方法的对比研究

针对二级倒立摆系统的稳定控制问题,提出了LQR控制和改进的模糊控制两种控制方法。首先,采用两种控制方法设计了两种二级倒立摆系统的控制器;其次,通过仿真结果表明两种方法是有效的,但是改进的模糊控制方法比LQR控制方法效果更好;最后,将改进的模糊控制方法成功运用到了直线二级倒立摆实物系统上,进一步验证了该方法更适合解决这类非线性控制问题。

二级倒立摆的参数自校正模糊PI控制

为了解决高阶次、多变量、非线性、强耦合的直线二级倒立摆的稳定控制问题,设计了一种参数自校正模糊PI控制器算法。结合线性二次型最优调节器(LQR)方法,设计了融合函数,降低了模糊控制器的维数、减少了控制器规则数、实现了参数在线自校正,进而提高了控制器的性能。借助固高科技倒立摆硬件平台,采用MATLAB仿真及实时控制,系统均能在较短时间内达到稳定,且控制效果较好,满足了稳定性和鲁棒性要求。

欠驱动三连杆机械臂能量解耦控制策略

针对第二关节为被动的欠驱动三连杆机械臂提出一种能量解耦控制策略.首先,将整个运动空间分为摇起区和平衡区,为了实现快速摇起控制,进一步将摇起区分为摇起子区间一和摇起子区间二;其次,基于Lyapunov函数设计控制律,使第三杆相对于第二杆处于自然伸展的状态,即使第三杆角度和角速度收敛为零,从而解除能量控制与第三连杆姿态之间的耦合;接着,在摇起子区间二,增加系统能量使系统摇起至平衡区附近;然后,基于LQR(Linear quadratic regulator)的平衡控制律将系统稳定在竖直向上平衡点;最后,用仿真结果验证该控制策略的有效性.

一类MIMO系统的输出通道任意幅值/相角裕度调节方法

针对一类有限维多输入多输出线性时不变系统,提出了一种新的调节输出通道幅值/相角裕度的方法。该方法采用离散线性二次调节器理论设计静态通用采样保持函数控制器,可同时在系统所有反馈控制回路的输出通道实现任意大的幅值裕度和直到90°的相角裕度,且控制器形式简单、易于实现。仿真结果表明了该方法的有效性。

一类二连杆欠驱动机器人系统的稳定控制

主要研究了一类具有弹簧耦合关节的二连杆欠驱动机器人从某一初始位置到不稳定平衡点位置的运动及稳定控制的问题。建立了其在重力作用环境下拉格朗日形式的动力学模型。在基于无源性理论的基础上,结合Lyapunov函数,设计了一种运动控制器,使机器人系统能够由初始位置运动至垂直竖立位置的邻域,并结合使用LQR控制器使之达到平衡稳定。计算机仿真结果验证了两个控制器的控制效果可行。

基于LQR的耦合动态互联系统分布式协作负载均衡优化控制

针对一类非等同非线性耦合互联系统,提出分布式协作负载均衡优化控制方法。将子系统间的通信联系建模成有向图,借助输入输出反馈线性化技术,将耦合互联系统的分布式负载均衡控制设计问题转化为广义线性多智能体系统的同步跟踪问题;基于最近邻原则和LQR方法,设计增益可调的分布式协作负载均衡优化控制律,耦合强度依赖于通信拓扑,控制增益依赖于子系统模型;借助矩阵变换方法,整个闭环系统的渐近稳定性可以解耦成每个子系统的稳定性,在假定通信拓扑只含有生成树的条件下,借助李亚谱诺夫函数,可证明整个闭环系统是稳定的,且通过调节控制增益,可以得到期望的响应速度。仿真结果验证了所提出控制方法的有效性及可行性。