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Theoretical Study of Double Cost Function Linear Quadratic Regulator(LQR)
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作者 姜澜 王信义 永井正夫 《Journal of Beijing Institute of Technology》 EI CAS 2000年第1期80-86,共7页
Double cost function linear quadratic regulator (DLQR) is developed from LQR theory to solve an optimal control problem with a general nonlinear cost function. In addition to the traditional LQ cost function, anothe... Double cost function linear quadratic regulator (DLQR) is developed from LQR theory to solve an optimal control problem with a general nonlinear cost function. In addition to the traditional LQ cost function, another free form cost function was introduced to express the physical need plainly and optimize weights of LQ cost function using the search algorithms. As an instance, DLQR was applied in determining the control input in the front steering angle compensation control (FSAC) model for heavy duty vehicles. The brief simulations show that DLQR is powerful enough to specify the engineering requirements correctly and balance many factors effectively. The concept and applicable field of LQR are expanded by DLQR to optimize the system with a free form cost function. 展开更多
关键词 optimal control linear quadratic regulator (lqr) search algorithm front steering angle compensation control
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Optimal Feedback Control of Nonlinear Variable-Speed Marine Current Turbine Using a Two-Mass Model
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作者 Rajae Gaamouche Abdelbari Redouane +2 位作者 Imad El harraki Bouchra Belhorma Abdennebi El Hasnaoui 《Journal of Marine Science and Application》 CSCD 2020年第1期83-95,共13页
This paper presents a contribution related to the control of nonlinear variable-speed marine current turbine(MCT)without pitch operating below the rated marine current speed.Given that the operation of the MCT can be ... This paper presents a contribution related to the control of nonlinear variable-speed marine current turbine(MCT)without pitch operating below the rated marine current speed.Given that the operation of the MCT can be divided into several operating zones on the basis of the marine current speed,the system control objectives are different for each zone.To deal with this issue,we develop a new control approach based on a linear quadratic regulator with variable generator torque.Our proposed approach enables the optimization of the rotational speed of the turbine,which maximizes the power extracted by the MCT and minimizes the transient loads on the drivetrain.The novelty of our study is the use of a real profile of marine current speed from the northern coasts of Morocco.The simulation results obtained using MATLAB Simulink indicate the effectiveness and robustness of the proposed control approach on the electrical and mechanical parameters with the variations of marine current speed. 展开更多
关键词 Marine current turbine Two-mass model Tip speed ratio linearIZATION optimal control linear quadratic regulator(lqr)
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基于GA-PSO的智能汽车横向LQR控制器优化设计
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作者 王怡萌 仝秋红 +2 位作者 孙照翔 高越 张武 《汽车技术》 CSCD 北大核心 2024年第3期47-55,共9页
针对线性二次型调节器(LQR)在智能汽车横向控制中,系数矩阵Q和R选取困难导致的控制精度低和参数整定效率低的问题,提出了一种遗传粒子混合优化(GA-PSO)方法。基于车辆二自由度模型设计了横向LQR控制器和前馈控制器,以该模型下控制器自... 针对线性二次型调节器(LQR)在智能汽车横向控制中,系数矩阵Q和R选取困难导致的控制精度低和参数整定效率低的问题,提出了一种遗传粒子混合优化(GA-PSO)方法。基于车辆二自由度模型设计了横向LQR控制器和前馈控制器,以该模型下控制器自身能量损失函数作为代价函数对系数矩阵进行优化,并对比了GA-PSO和粒子群优化(PSO)算法的优化效果。CarSim/Simulink联合仿真结果表明,经GA-PSO算法优化后的控制器跟踪精度和计算效率分别提高了47.06%和63.54%,且优化后的控制器具有较强的鲁棒性。 展开更多
关键词 智能汽车 横向控制 轨迹跟踪 线性二次型调节器 粒子群优化
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非线性递减权值PSO优化下的LQR轨迹跟踪研究
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作者 董蓉 刘放 +2 位作者 聂少卿 刘亚飞 吴宝宁 《电子测量技术》 北大核心 2024年第4期44-50,共7页
针对二次线性调节器(LQR)权重矩阵选取困难导致的自动驾驶车辆控制精度低、系统适应度欠佳等问题,设计了一种非线性递减权值粒子群算法(NLDW-PSO)。基于二自由度车辆动力学模型,构建了横向跟踪误差模型,设计了前馈控制消除了LQR稳态误差... 针对二次线性调节器(LQR)权重矩阵选取困难导致的自动驾驶车辆控制精度低、系统适应度欠佳等问题,设计了一种非线性递减权值粒子群算法(NLDW-PSO)。基于二自由度车辆动力学模型,构建了横向跟踪误差模型,设计了前馈控制消除了LQR稳态误差;并设计以横向偏差、航向偏差和前轮转向角为评价函数,将系统输出误差状态量反馈至NLDW-PSO算法,所设计的非线性递减惯性权重因子通过提升粒子群体寻优性能,从而自适应调整LQR权重系数更新策略,形成闭环优化控制,最终求解得到系统目标函数极值。将所设计控制器的跟踪效果进行了对比,Carsim/Smulink联合仿真结果表明所提出NLDW-PSO优化LQR算法的跟踪控制效果最优,横向距离偏差最大值为0.076 m,横向距离偏差均值相较于固定权重系数LQR降低了69.74%,显著提高了车辆跟踪控制精度和自适应能力,且对速度变化具有较强鲁棒性。 展开更多
关键词 非线性递减权值 粒子群算法PSO 二次线性调节器lqr 轨迹跟踪控制
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Mean-field stochastic linear quadratic optimal control problems: closed-loop solvability 被引量:1
5
作者 Xun Li Jingrui Sun Jiongmin Yong 《Probability, Uncertainty and Quantitative Risk》 2016年第1期37-60,共24页
An optimal control problem is studied for a linear mean-field stochastic differential equation with a quadratic cost functional.The coefficients and the weighting matrices in the cost functional are all assumed to be ... An optimal control problem is studied for a linear mean-field stochastic differential equation with a quadratic cost functional.The coefficients and the weighting matrices in the cost functional are all assumed to be deterministic.Closedloop strategies are introduced,which require to be independent of initial states;and such a nature makes it very useful and convenient in applications.In this paper,the existence of an optimal closed-loop strategy for the system(also called the closedloop solvability of the problem)is characterized by the existence of a regular solution to the coupled two(generalized)Riccati equations,together with some constraints on the adapted solution to a linear backward stochastic differential equation and a linear terminal value problem of an ordinary differential equation. 展开更多
关键词 Mean-field stochastic differential equation linear quadratic optimal control Riccati equation regular solution Closed-loop solvability
原文传递
履带车辆主动悬挂多点布置优化
6
作者 凌启辉 陈昕 +3 位作者 戴巨川 何兴云 杨书仪 郭勇 《振动.测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期397-403,416,共8页
为实现履带车辆主动悬挂减振性能和能耗达到综合最优,基于正交试验方法开展履带车辆主动悬挂多点布置优化设计。首先,建立了履带车辆悬挂系统动力学模型,并通过道路模拟试验验证了该模型的合理性;其次,开展了履带车辆悬挂系统正交试验,... 为实现履带车辆主动悬挂减振性能和能耗达到综合最优,基于正交试验方法开展履带车辆主动悬挂多点布置优化设计。首先,建立了履带车辆悬挂系统动力学模型,并通过道路模拟试验验证了该模型的合理性;其次,开展了履带车辆悬挂系统正交试验,分析了4种典型路面下各子悬挂对悬挂系统减振性能影响的敏感性;最后,设计了主动悬挂作动器的6个布置方案,通过建立基于线性二次最优(linear quadratic regulator,简称LQR)控制的履带车辆主动悬挂动力学模型,分析了典型路面下各布置方案对悬挂系统减振性能的影响规律及能耗变化规律。结果表明,通过对履带车辆主动悬挂作动器的布置优化,可以实现悬挂减振性能和能耗之间的平衡。 展开更多
关键词 履带车辆 主动悬挂 道路模拟试验 优化 基于线性二次最优控制
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Optimal Control of Nonlinear Inverted Pendulum System Using PID Controller and LQR: Performance Analysis Without and With Disturbance Input 被引量:34
7
作者 Lal Bahadur Prasad Barjeev Tyagi Hari Om Gupta 《International Journal of Automation and computing》 EI CSCD 2014年第6期661-670,共10页
Linear quadratic regulator(LQR) and proportional-integral-derivative(PID) control methods, which are generally used for control of linear dynamical systems, are used in this paper to control the nonlinear dynamical sy... Linear quadratic regulator(LQR) and proportional-integral-derivative(PID) control methods, which are generally used for control of linear dynamical systems, are used in this paper to control the nonlinear dynamical system. LQR is one of the optimal control techniques, which takes into account the states of the dynamical system and control input to make the optimal control decisions.The nonlinear system states are fed to LQR which is designed using a linear state-space model. This is simple as well as robust. The inverted pendulum, a highly nonlinear unstable system, is used as a benchmark for implementing the control methods. Here the control objective is to control the system such that the cart reaches a desired position and the inverted pendulum stabilizes in the upright position. In this paper, the modeling and simulation for optimal control design of nonlinear inverted pendulum-cart dynamic system using PID controller and LQR have been presented for both cases of without and with disturbance input. The Matlab-Simulink models have been developed for simulation and performance analysis of the control schemes. The simulation results justify the comparative advantage of LQR control method. 展开更多
关键词 Inverted pendulum nonlinear system proportional-integral-derivative (PID) control optimal control linear quadratic regulator (lqr)
原文传递
LQR控制策略在柔性关节系统中的实现 被引量:7
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作者 袁浩 乔宇亮 +1 位作者 李保林 王先来 《实验技术与管理》 CAS 2006年第8期33-35,共3页
文章以加拿大Quanser公司生产的柔性关节系统为例,建立起柔性关节系统的状态空间模型,设计出线性二次型最优控制器(LQR),借助MATLAB/Simulink和WinCon平台进行了仿真和实际实验.实验表明:LQR方法在柔性关节系统控制中取得了很好的效果.
关键词 柔性关节 理论建模 状态反馈 线形二次型最优控制(lqr)
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具有极点约束的高超声速飞行器非脆弱最优H_2/LQR控制 被引量:3
9
作者 黄宜庆 王莉 孙长银 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期423-428,共6页
针对吸气式高超声速飞行器,提出了一种具有极点约束的非脆弱最优H2/LQR(线性二次型调节器)控制方法.根据吸气式高超声速飞行器的非线性纵向运动方程,推出了一种新的飞行器线性不确定模型,为吸气式高超声速飞行器设计了一种多目标非脆弱... 针对吸气式高超声速飞行器,提出了一种具有极点约束的非脆弱最优H2/LQR(线性二次型调节器)控制方法.根据吸气式高超声速飞行器的非线性纵向运动方程,推出了一种新的飞行器线性不确定模型,为吸气式高超声速飞行器设计了一种多目标非脆弱控制器.在控制器的设计中,不但考虑了系统的极点配置、最优H2性能和鲁棒保性能3种指标,而且兼顾了因飞行条件不确定性和建模误差引起的控制器增益的变化,利用线性矩阵不等式方法推导了多目标非脆弱控制器的存在条件.仿真实例说明了非脆弱控制器在高超声速飞行器控制中的优越性和有效性. 展开更多
关键词 非脆弱控制 最优H2/线性二次型调节器控制 区域极点配置 高超声速飞行器
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电子横移伺服LQR最优控制器设计 被引量:1
10
作者 闻霞 吴龙 晋芳伟 《自动化仪表》 CAS 北大核心 2014年第9期50-53,共4页
为了提高系统的稳态精度和动态性能,将LQR最优控制算法应用于高速经编机电子横移伺服控制系统。建立了伺服系统状态空间模型,引入了一类具有指数衰减度的二次型函数作为系统性能指标。仿真结果表明,所提出的电子横移伺服LQR最优控制算... 为了提高系统的稳态精度和动态性能,将LQR最优控制算法应用于高速经编机电子横移伺服控制系统。建立了伺服系统状态空间模型,引入了一类具有指数衰减度的二次型函数作为系统性能指标。仿真结果表明,所提出的电子横移伺服LQR最优控制算法易于工程实现,保证了系统的稳定性,具有良好的频响特性,改善了系统的动态特性,实现了无静差高精度控制。 展开更多
关键词 电子横移 伺服系统 线性二次调节器 最优控制 PID
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单输入时滞离散系统的LQR问题 被引量:1
11
作者 殷月竹 殷志祥 +1 位作者 许峰 殷月庆 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2008年第12期2072-2076,共5页
文章研究单输入时滞线性离散时间系统的二次最优控制问题(LQR)。将所研究的带输入时滞的问题转化为一个不带时滞的问题,一个动态的离散时间系统最优控制问题转化成了一个静态的数学规划模型,并运用2种方法成功推导出系统的最优控制输入... 文章研究单输入时滞线性离散时间系统的二次最优控制问题(LQR)。将所研究的带输入时滞的问题转化为一个不带时滞的问题,一个动态的离散时间系统最优控制问题转化成了一个静态的数学规划模型,并运用2种方法成功推导出系统的最优控制输入序列;以数值算例进行仿真,其结果验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 时滞离散线性系统 lqr最优控制 凸二次规划
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三级倒立摆的LQR方法优化参数控制 被引量:3
12
作者 陈健 张持健 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2009年第29期245-248,共4页
倒立摆是智能控制的理想对象。使用拉格朗日方程建立三级倒立摆系统的非线性数学模型,在平衡点处对其线性化,利用LQR(Linear Quadratic Regulator)最优控制理论,导出控制规律。通过对三级倒立摆一系列稳定摆动和加扰实验仿真曲线的分析... 倒立摆是智能控制的理想对象。使用拉格朗日方程建立三级倒立摆系统的非线性数学模型,在平衡点处对其线性化,利用LQR(Linear Quadratic Regulator)最优控制理论,导出控制规律。通过对三级倒立摆一系列稳定摆动和加扰实验仿真曲线的分析,明确了加权矩阵Q中各权系数对系统稳定性控制的重要性,由此来优化权系数的选择。实验表明,系统显示出较好的鲁棒性和动态性能。 展开更多
关键词 三级倒立摆系统 lqr理论 最优控制 权矩阵
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基于LQR的无人直升机姿态控制器设计 被引量:5
13
作者 邓高湘 裴海龙 《计算机测量与控制》 2015年第1期106-109,共4页
无人直升机控制系统是一个易受环境干扰的、各通道相互耦合的非线性系统.为了实现无人直升机能在不同环境下自主飞行,需要设计抗干扰能力强的控制器;采用系统辨识的方法得到直升机横向通道和纵向通道姿态环路的线性系统模型;根据线性最... 无人直升机控制系统是一个易受环境干扰的、各通道相互耦合的非线性系统.为了实现无人直升机能在不同环境下自主飞行,需要设计抗干扰能力强的控制器;采用系统辨识的方法得到直升机横向通道和纵向通道姿态环路的线性系统模型;根据线性最优二次型理论,对直升机横向通道和纵向通道的姿态环路设计了LQR最优控制器,使用MATLAB仿真选取最优控制器参数后,在ALIGN 700N直升机上进行了实际飞行试验,仿真和飞行试验表明,采用LQR控制技术设计的无人直升机姿态控制器具有较强的鲁棒性和实用性. 展开更多
关键词 线性最优二次型 lqr控制器 姿态角 无人直升机
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基于遗传算法优化的LQR主动磁悬浮轴承控制 被引量:7
14
作者 刘安 杨振强 +1 位作者 阴宏宇 王跃方 《机床与液压》 北大核心 2020年第14期157-162,共6页
主动磁悬浮轴承(AMB)是利用电磁线圈将电能转化成电磁能为转轴提供支撑的机械装置。在当代工业制造领域,相较于传统轴承,主动磁悬浮轴承因为拥有无机械摩擦损耗、使用转速极高、功耗小、噪声低等优点,经常用于对转速、精度、使用环境有... 主动磁悬浮轴承(AMB)是利用电磁线圈将电能转化成电磁能为转轴提供支撑的机械装置。在当代工业制造领域,相较于传统轴承,主动磁悬浮轴承因为拥有无机械摩擦损耗、使用转速极高、功耗小、噪声低等优点,经常用于对转速、精度、使用环境有特殊要求的场合。针对此提出一种基于遗传算法优化的LQR控制方式,能够利用最优控制的快速响应、超调量小的优点实现轴承的迅速悬浮定位,同时使用遗传算法针对最优控制的Q和R参数进行优化。遗传算法通过模拟生物进化的过程搜索最优解的计算模型,根据系统输出量的误差设定遗传算法的适应度,得到目标函数的近似最优解,最后将优化后的参数代入模型,在MATLAB平台实现仿真运行。 展开更多
关键词 线性二次型最优控制 遗传算法 主动磁悬浮轴承
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基于改进粒子群算法的精密隔振系统LQR控制 被引量:4
15
作者 范伟 孟江 +2 位作者 杜永飞 蒋童 刘凯 《电子测量技术》 北大核心 2022年第2期104-109,共6页
为解决线性二次型控制器(LQR)权值参数难以通过经验选取最优组合的问题,采用一种贪婪Lévy PSO算法对LQR权值矩阵Q进行寻优。传统粒子群算法易局部收敛,在此基础上加入Lévy飞行原理和贪婪选择方法从而扩大参数寻优范围且提高... 为解决线性二次型控制器(LQR)权值参数难以通过经验选取最优组合的问题,采用一种贪婪Lévy PSO算法对LQR权值矩阵Q进行寻优。传统粒子群算法易局部收敛,在此基础上加入Lévy飞行原理和贪婪选择方法从而扩大参数寻优范围且提高收敛速度,得出最优权值矩阵Q。对在LQR控制下的双层精密隔振系统模型在扫频激励和随机激励两种情况时隔振对象的加速度响应和位移响应进行分析。最终结果为收敛速度提升75%,针对两种激励情况的加速和位移削弱程度均在90%以上。仿真结果表明贪婪Lévy PSO算法可有效增加种群分布的均匀性提高收敛速度寻得最优解,且在更短的时间内寻得更好的结果,两种激励情况时均能有效实现隔振。 展开更多
关键词 精密隔振平台 线性二次型控制器 Lévy飞行算法 粒子群优化
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质子交换膜燃料电池过氧比LQR最优控制策略
16
作者 郭思达 刘泽 许思传 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第S01期205-210,共6页
建立了质子交换膜燃料电池空气供给系统六阶模型。将神经网络前馈控制分别结合PID控制及线性二次型调节器(LQR)控制,来比较两种复合控制策略在燃料电池变载情况下过氧比的快速响应情况。在LQR控制策略中,首先通过单一平衡点进行模型线... 建立了质子交换膜燃料电池空气供给系统六阶模型。将神经网络前馈控制分别结合PID控制及线性二次型调节器(LQR)控制,来比较两种复合控制策略在燃料电池变载情况下过氧比的快速响应情况。在LQR控制策略中,首先通过单一平衡点进行模型线性化以获取状态反馈增益及降维状态观测器增益。仿真结果表明,基于单平衡点线性化的LQR结合神经网络前馈的复合控制策略在全工况范围内明显优于神经网络前馈加PID的控制策略。针对偏离平衡点较远工况处控制效果有所下降的情况,进一步采用多平衡点线性化的方法,优化设计LQR以动态调整相应增益,结果表明多平衡点LQR控制方法在过氧比控制中展现出最佳的快速响应性和稳定性。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 线性二次型调节器 多点平衡 过氧比 最优控制
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Lateral Stability Improvement of Car-Trailer Systems Using Active Trailer Braking Control 被引量:1
17
作者 Tao Sun Yuping He Ebrahim Esmailzadeh Jing Ren 《Journal of Mechanics Engineering and Automation》 2012年第9期555-562,共8页
An active trailer braking controller to improve the lateral stability of car-trailer systems is presented. The special and complex structures of these types of vehicles exhibit unique unstable motion behavior, such as... An active trailer braking controller to improve the lateral stability of car-trailer systems is presented. The special and complex structures of these types of vehicles exhibit unique unstable motion behavior, such as the trailer swing, jack-knifing and rollover. These unstable motion modes may lead to fatal accidents. The effects of passive mechanical parameters on the stability of car-trailer systems have been thoroughly investigated. Some of the passive parameters, such as the center of gravity of the trailer, may be drastically varied during various operating conditions. Even for an optimal design of a car-trailer system, based on a specific passive parameter set, the lateral stability cannot be guaranteed. In order to improve the lateral stability of car-trailer systems, an active trailer braking controller is designed using the Linear Quadratic Regular (LQR) technique. To derive the controller, a vehicle model with 3 Degrees Of Freedom (DOF) is developed to represent the car-trailer system. A single lane-change maneuver has been simulated to examine the performance of the controller and the numerical results are compared with those of the baseline design. The benchmark investigation indicates that the optimal controller based on the LQR technique can effectively improve the high-speed lateral stability of the car-trailer system. 展开更多
关键词 Car-trailer systems active trailer braking control lqr linear quadratic regular controller high-speed lateral stability.
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A STEP-BY-STEP INTEGRAL METHOD FOR ACTIVELY CONTROLLED STRUCTURES
18
作者 CAI Guo-ping(蔡国平) +1 位作者 HUANG Jin-zhi(黄金枝) 《Journal of Shanghai Jiaotong university(Science)》 EI 2002年第2期144-146,共3页
A new active control method was proposed, in which the analytical control law was deduced by using a step by step integral method to differential equation of motion under the condition of static error being zero. This... A new active control method was proposed, in which the analytical control law was deduced by using a step by step integral method to differential equation of motion under the condition of static error being zero. This control law is terse in mathematical expression and convenient for practical use. The simulation results demonstrate that the proposed method can provide much more remarkable peak response reduction of seismically excited structures than the classical LQR method. 展开更多
关键词 STEP-BY-STEP INTEGRAL static error control LAW linear quadratic regular(lqr)
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基于蝗虫优化算法的大型运输船舶自适应控制 被引量:2
19
作者 余荣臻 袁剑平 李俊益 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2023年第3期66-74,共9页
[目的]海上航行环境随机复杂多变,而智能自主航行是大型远洋运输船舶发展的重要趋势,为此,提出一种新的自适应控制方法。[方法]首先,基于蝗虫优化算法(GOA),将线性二次型调节器(LQR)控制方法与一阶动态积分滑模控制方法相融合;然后,结... [目的]海上航行环境随机复杂多变,而智能自主航行是大型远洋运输船舶发展的重要趋势,为此,提出一种新的自适应控制方法。[方法]首先,基于蝗虫优化算法(GOA),将线性二次型调节器(LQR)控制方法与一阶动态积分滑模控制方法相融合;然后,结合实时监测波浪干扰力的非线性无源估计器,将船舶高、低频运动信号进行分离;最后,与LQR控制方法和一阶动态积分滑模控制方法进行仿真对比。[结果]结果显示,新的控制方法具有更好的瞬态和稳态跟踪性能,在不同的海况下能够克服随机波浪的影响,具有较强的鲁棒性。[结论]新的控制方法具有复杂环境下的自适应调节能力,且控制响应快、精度高、无效操舵少,能极大地提高大型运输船舶的航行效率、安全性和稳定性。 展开更多
关键词 大型运输船舶 蝗虫优化算法 滑模控制 线性二次型调节器 跟踪控制
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倒立摆控制的设计与仿真 被引量:11
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作者 王春民 栾卉 杨红应 《吉林大学学报(信息科学版)》 CAS 2009年第3期242-247,共6页
针对倒立摆的稳定控制问题,阐述了二阶倒立摆的数学模型,采用线性二次最优控制理论,设计了倒立摆控制系统的线性二次型调节器和线性二次型输出器,使倒立摆系统闭环稳定。在Matlab 6.5环境下,对倒立摆系统在两种控制器作用下的控制过程... 针对倒立摆的稳定控制问题,阐述了二阶倒立摆的数学模型,采用线性二次最优控制理论,设计了倒立摆控制系统的线性二次型调节器和线性二次型输出器,使倒立摆系统闭环稳定。在Matlab 6.5环境下,对倒立摆系统在两种控制器作用下的控制过程进行仿真。结果表明,在非线性控制问题中,线性二次型输出器与线性二次型调节器相比,对倒立摆系统的控制更有优势。 展开更多
关键词 倒立摆 线性最优控制 线性二次型调节器 线性二次型输出器
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