基于猫群优化算法的线性二次型最优控制器研究

发布时间：2017-04-03 22:00

  本文关键词：基于猫群优化算法的线性二次型最优控制器研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：线性二次型最优控制求解方便,得益于计算机的快速发展,已经成为最优控制理论的最重要组成部分。自上世纪50年代被提出,得到了极大发展并取得了丰硕的成果。特别是基于状态反馈的研究已经相当成熟,用二次型的观点解决非线性系统、时滞线性系统、带干扰的线性系统和网络系统中的部分问题也取得了一定的成果。但是在实际工程中,大部分系统的状态变量往往是不易测量获取的,想要使用状态变量作为反馈,必须依赖状态估计或重构来实现,会大大增加系统的控制成本。线性二次型问题的数学求解,依赖于系统的数学模型,控制过程中一旦发生模型失配,控制性能将大大下降。对于复杂的难以建立准确模型的系统,需要用系统辨识理论首先确定系统的近似模型,这也会不可避免的造成偏差。另外,加权矩阵Q和R的选择也会影响控制性能。在对线性二次型问题的分析中,可以看到状态调节器问题只考虑状态量与控制量的代价,输出调节器问题和最优跟踪问题只考虑输出量与控制量的代价,对此本文对线性二次型问题性能指标加以改进,提出结合输出调节的线性二次型最优控制,使线性二次型问题达到控制量、状态量和输出量在理论上的综合最优。另外针对上述不足,本文引入一种校正思想,使用对系统模型依赖程度较弱的PID控制作为外环补偿控制,以削弱对系统模型的依赖,即使发生模型失配也能取得较好的控制性能。对于控制系统中的待定参数,采用群智能算法优化的方法。本文在猫群优化算法原理的基础上,针对其缺点和不足,引入一个变异算子和自适应随机惯性权重,得到优化性能更好的改进猫群优化算法。结合这几点,提出了基于猫群算法优化的线性二次型最优控制,在详细分析该算法的可行性、流程结构、稳定性和鲁棒性后,将其应用于直线一级倒立摆的仿真研究,实验结果也证明所提出的方法具有更加优秀的控制性能。
【关键词】：线性二次型 最优控制 次优控制 猫群优化算法
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-12
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10
• 1.3 存在问题10-11
• 1.4 本文主要研究工作及内容安排11-12
• 第二章 线性二次型最优控制的基本理论12-20
• 2.1 问题描述12-16
• 2.1.1 状态调节问题13-14
• 2.1.2 输出调节问题14-15
• 2.1.3 最优跟踪问题15-16
• 2.2 LQ次优控制16-17
• 2.3 LQ高斯最优控制17-18
• 2.4 能控性和能观测性18-19
• 2.5 本章小结19-20
• 第三章 猫群优化算法及改进20-30
• 3.1 猫群优化算法简介20-22
• 3.1.1 猫群优化算法的数学描述20-22
• 3.1.2 算法的优缺点22
• 3.2 猫群优化算法的改进22-26
• 3.2.1 自适应惯性权重的构造23
• 3.2.2 变异算子的构造23-25
• 3.2.3 自适应权重的变异策略猫群优化算法25-26
• 3.3 仿真实验与结果26-29
• 3.3.1 测试函数26-27
• 3.3.2 PID参数优化27-29
• 3.4 本章小结29-30
• 第四章 基于校正的线性二次型最优控制30-39
• 4.1 基于输出调节的LQ最优控制30-34
• 4.1.1 问题描述30-32
• 4.1.2 主要结论32-33
• 4.1.3 实例比较33-34
• 4.2 基于PID的LQRY最优控制34-38
• 4.2.1 基于LQR的PID参数整定34-36
• 4.2.2 基于PID校正的LQRY最优控制36-38
• 4.3 本章小结38-39
• 第五章 基于AMCSO优化的线性二次型高斯最优控制39-51
• 5.1 可行性分析39
• 5.2 算法流程与结构39-40
• 5.3 能控性和能观测性分析40
• 5.4 状态反馈与输出反馈比较40-41
• 5.5 稳定性和鲁棒性分析41
• 5.6 倒立摆系统控制研究41-49
• 5.6.1 倒立摆系统建模42-44
• 5.6.2 极点配置法和LQR控制44
• 5.6.3 基于AMCSO优化的PID-LQRG和PID-LQRYG控制44-45
• 5.6.4 结果分析45-49
• 5.7 本章小结49-51
• 第六章 总结与展望51-53
• 6.1 主要结论51-52
• 6.2 研究展望52-53
• 参考文献53-56
• 在学期间的研究成果56-57
• 致谢57

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1 张云东;基于猫群优化算法的线性二次型最优控制器研究[D];兰州大学;2016年

  本文关键词：基于猫群优化算法的线性二次型最优控制器研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：285016