采用观测器的双线性系统最优跟踪控制器设计

研究一类参考输入由外系统描述的双线性系统的最优输出跟踪控制问题.利用逐次逼近的方法,首先构造一族非齐次线性两点边值问题序列将原非线性两点边值问题解耦;然后迭代求解伴随向量的序列,得到由状态向量的线性解析函数和以伴随向量的极限形式给出的非线性部分的补偿项组成的最优输出跟踪控制律.通过构造降维观测器重构外系统的状态,解决了最优输出跟踪控制律的物理可实现问题仿真结果表明了该方法的有效性.     

线性时滞系统基于观测器的最优输出跟踪控制器近似设计

研究线性时滞系统的最优输出跟踪控制器近似设计过程.首先根据原系统最优输出跟踪控制问题构造了两个分别具有已知初始条件和终端条件的微分方程迭代序列,并证明它们一致收敛于原问题的最优解.然后通过对该解序列的有限次迭代,得到最优输出跟踪控制问题的一个近似解,进一步给出一个计算近似最优输出跟踪控制律的算法.最后通过构造降维参考输入观测器解决了最优输出跟踪控制器中前馈项的物理可实现问题.仿真结果表明该方法是有效的,且易于实现.     

带有持续扰动非线性系统的前馈- 反馈最优控制

研究具有外界持续扰动作用下非线性系统的最优控制问题，提出了一种设计前馈一反馈最优控制器的逐次逼近算法．利用该算法可将在扰动作用下的非线性系统的最优控制问题转化为求解线性非齐次两点边值序列的问题．得到的最优控制律由解析的线性前馈-反馈项和伴随向量序列极限形式的非线性补偿项组成．通过截取非线性补偿序列的有限项，可得到前馈-反馈次优控制律．仿真结果表明，该方法抑制外部持续扰动的鲁棒性优于经典反馈最优控制．     

受扰奇异摄动时滞组合大系统的近似最优控制

研究一类受扰奇异摄动时滞组合大系统的近似最优控制问题．基于奇异摄动的快慢分解理论．将原组合大系统的最优控制问题分解为组合线性快优化子问题和降阶的受扰时滞组合慢优化子问题．通过采用前馈补偿方法抑制外部扰动，采用参数摄动法求解组合慢优化子问题，得到了系统的前馈反馈组合（FFCC）控制律．通过引入降维扰动观测器解决了FFCC律的物理可实现问题．仿真算例验证了所提出方法的有效性．     

时滞离散系统最优输出跟踪控制的灵敏度法

针对具有有限时间二次型性能指标的时滞离散系统,研究了最优输出跟踪控制问题.通过引入一个灵敏度参数,将原最优输出跟踪控制问题转化为不含超前项和时滞项的一族两点边值问题.得到的最优输出跟踪控制律由状态向量的线性解析函数和伴随向量级数形式的补偿项组成,其解析函数由一次性求解R iccati矩阵差分方程和矩阵差分方程得到,补偿项由求解伴随向量差分方程的递推公式得到.仿真结果表明了该方法的有效性.     

线性系统的动态输出反馈最优扰动抑制

首先通过求解Riccati方程和Sylvester方程,推导出前馈反馈最优扰动抑制控制律．然后构建了能同时预估状态和扰动的降维观测器,解决了前馈控制的物理不可实现问题．进而结合降维观测器和前馈反馈最优控制律,提出了一种动态输出反馈扰动抑制控制器的设计算法．最后通过仿真实例表明本文提出的控制算法的可行性．     

非线性离散系统的近似最优跟踪控制

研究非线性离散系统的最优跟踪控制问题. 通过在由最优控制问题所导致的非线性两点边值问题中引入灵敏度参数, 并对它进行Maclaurin级数展开, 将原最优跟踪控制问题转化为一族非齐次线性两点边值问题. 得到的最优跟踪控制由解析的前馈反馈项和级数形式的补偿项组成. 解析的前馈反馈项可以由求解一个Riccati差分方程和一个矩阵差分方程得到. 级数补偿项可以由一个求解伴随向量的迭代算法近似求得. 以连续槽式反应器为例进行仿真验证了该方法的有效性．     

时滞系统在高速网络下的最优扰动抑制

研究在含有控制时滞与测量时滞的系统在高速通讯网络下最优扰动抑制问题. 首先建立在高速通讯网络下含有控制时滞与测量时滞系统的离散化数学模型, 利用模型转换将时滞系统转化为形式上的无时滞系统. 然后通过求解离散Riccati方程和Stein方程设计含有状态反馈、扰动前馈和控制记忆项的最优控制律, 前馈项和控制记忆项分别补偿了扰动和控制时滞对系统性能的影响. 通过构造降维扰动状态观测器, 设计了含扰动前馈、输出反馈及 控制记忆项的动态控制律, 解决了前馈补偿器的物理不可实现问题. 仿真实例验证了所设计的最优控制律的有效性.     

含正弦扰动奇异摄动时滞系统的最优减振控制

研究奇异摄动时滞系统在正弦扰动下的最优减振控制问题．基于奇异摄动的快慢分解理论,将原最优控制问题转化为无时滞快子问题和受扰线性时滞慢子问题,通过摄动法和前馈补偿技术求解时滞慢子系统的最优控制问题,得到了系统的前馈反馈组合控制(FFCC)律及其存在唯一性条件．FFCC律由线性解析项和共态向量无穷级数和表示的时滞补偿项组成,其中线性解析项可通过求解Riccati方程和Sylvester方程得到,时滞补偿项通过递推求解共态向量方程得到,仿真算例表明了方法的有效性．     

一类双线性系统的最优跟踪控制问题

针对一类具有二次型性能指标的双线性系统的最优跟踪控制问题,提出了一种通过逐次逼近法设计最优控制律的近似方法。首先将状态向量含有时滞的双线性系统的最优跟踪问题转化为最优调节问题;然后利用逐次逼近算法,将既含有时滞项又含有超前项的两点边值问题转化为不含时滞项和超前项的线性两点边值问题族,得到调节系统的最优控制律,并可以通过截取最优控制序列的有限项得到调节系统的前馈-反馈次优控制律。最后,将最优控制问题转化为最优跟踪问题。仿真结果表明,此方法达到了较好的跟踪效果。     

具有持续扰动的时滞系统前馈2反馈最优控制

针对外部持续扰动下的线性时滞系统，提出一种前馈-反馈最优控制的逐次逼近算法．利用逐次逼近算法，将既含有时滞项又含有超前项的两点边值问题转化为不合时滞项和超前项的线性两点边值问题族，并证明了线性两点边值问题族的解序列一致收敛于原系统最优控制律．得到的最优控制律由解析的无时滞前馈-反馈控制部分和伴随向量序列极限形式的时滞补偿控制部分组成．通过截取时滞补偿序列的有限项，得到系统的前馈-反馈次优控制律．仿真示例表明，该方法对外部持续扰动具有良好的鲁棒性．     

Successive approximation approach of optimal control for nonlinear discrete-time systems

A successive approximation approach designing optimal controller is developed for affine nonlinear discrete-time systems with a quadratic performance index. By using this approach the original optimal control problem is transformed into a sequence of nonhomogeneous linear two-point boundary value (TPBV) problems. The optimal control law consists of an accurate linear term and a nonlinear compensating term which is the limit of a sequence of adjoint vectors. By taking a finite-time iteration instead of the limit of the sequence of adjoint vectors, we obtain a suboptimal control law. Simulation examples are employed to verify the validity of the proposed algorithm.     

Suboptimal control for nonlinear systems: a successive approximation approach

This paper presents a successive approximation approach (SAA) designing optimal controllers for a class of nonlinear systems with a quadratic performance index. By using the SAA, the nonlinear optimal control problem is transformed into a sequence of nonhomogeneous linear two-point boundary value (TPBV) problems. The optimal control law obtained consists of an accurate linear feedback term and a nonlinear compensation term which is the limit of an adjoint vector sequence. By using the finite-step iteration of the nonlinear compensation sequence, we can obtain a suboptimal control law. Simulation examples are employed to test the validity of the SAA.     

Optimal disturbance rejection control for singularly perturbed composite systems with time‐delay

The optimal control problem for a class of singularly perturbed time‐delay composite systems affected by external disturbances is investigated. The system is decomposed into a fast linear subsystem and a slow time‐delay subsystem with disturbances. For the slow subsystem, the feedforward compensation technique is proposed to reject the disturbances, and the successive approximation approach (SAA) is applied to decompose it into decoupled subsystems and solve the two‐point boundary value (TPBV) problem. By combining with the optimal control law of the fast subsystem, the feedforward and feedback composite control (FFCC) law of the original composite system is obtained. The FFCC law consists of analytic state feedback and feedforward terms and a compensation term which is the limit of the adjoint vector sequence. The compensation term can be obtained from an iteration formula of adjoint vectors. Simulation results are employed to test the validity of the proposed design algorithm. Copyright © 2009 John Wiley and Sons Asia Pte Ltd and Chinese Automatic Control Society     

受扰非线性离散系统的前馈反馈最优控制

利用逐次逼近法研究含外部扰动的非线性离散系统的线性二次型前馈反馈最优控制问题.首先将系统的最优控制问题转化为非线性两点边值问题族.其次,构造了该问题族的由精确线性项和非线性补偿项组成的解序列,并证明了解序列一致收敛到系统的最优解.最后,通过截取最优控制序列解中非线性补偿项的有限项,得到系统的前馈反馈次优控制(FFSOC)律及设计算法.仿真算例表明,该算法容易实现,且对抑制外部扰动的鲁棒性优于经典的反馈次优控制(FSOC).     

非线性相似组合大系统最优控制的逐次逼近过程

研究一类仿射非线性相似组合大系统关于二次型性能指标的最优控制问题．首先通过模型简化，将非线性相似组合大系统化为若干个准解耦的子系统；然后利用非线性系统最优控制的逐次逼近设计方法，将求解高阶强耦合的非线性两点边值问题简化为求解一族解耦的线性两点边值问题序列．该线性两点边值问题序列的解一致收敛于非线性相似组合大系统的最优控制，得到的最优控制律由线性最优控制的解析项与非线性补偿序列的极限项组成．通过截取最优控制非线性补偿序列的有限次逼近值．得到了非线性组合大系统的次优控制律．     

非线性互联大系统的最优控制:逐次逼近法

The optimal control problem for nonlinear interconnected large-scale dynamic systems is considered. A successive approximation approach for designing the optimal controller is proposed with respect to quadratic performance indexes. By using the approach, the high order, coupling, nonlinear two-point boundary value (TPBV) problem is transformed into a sequence of linear decoupling TPBV problems. It is proven that the TPBV problem sequence uniformly converges to the optimal control for nonlinear interconnected large-scale systems. A suboptimal control law is obtained by using a finite iterative result of the optimal control sequence.