LQR控制

摘要： 针对直线二级倒立摆抗干扰控制器设计问题,研究了基于深度神经网络的智能控制方法。首先介绍了BP神经网络和深度神经网络模型及优化算法,并且根据直线二级倒立摆状态方程,研究了基于深度神经网络的直线二级倒立摆控制算法。然后设计了一个六输入单输出的深度神经网络控制器模型,并利用Pytorch框架,以LQR作为导师进行神经网络的训练,训练完成后利用MATLAB软件对训练后的神经网络进行仿真实验验证,并与BP神经网络控制器进行对比,最后在直线二级倒立摆实验平台上进行实验验证。仿真与实验表明,所设计的深度神经网络控制器能够实现直线二级倒立摆的良好抗干扰控制,从而证明了该研究设计方法的合理性和有效性。

摘要： 针对现有惯性稳定平台(Inertially Stabilized Platform,ISP)使用机械轴承干扰量大,使用气/液浮轴承难度高,使用纯电磁磁轴承线性度差的缺点,提出了一种基于混合轴承的混合式稳定平台-洛伦兹稳定平台,介绍了洛伦兹力磁轴承结构和平台工作原理,建立了系统的动力学模型,构建了以偏转角度和线圈电流为状态变量的系统状态方程,针对该稳定平台设计PID和LQR两种控制器,分别通过遗传算法、最优控制法整定控制参数,仿真结果表明两种控制器均可实现平台稳定跟踪,PID控制具有响应快速但超调明显的特点,而LQR控制则响应迟滞,利用PID控制通过半物理实验初步验证平台力矩输出和跟踪功能。

摘要： 为了提高四轮转向(4WS)汽车的操纵稳定性和主动安全性,建立汽车二自由度四轮转向模型和系统状态方程,应用LQR最优控制理论建立了以横摆角速度和质心侧偏角为优化目标的四轮转向线性控制二次型最优控制模型,并基于路径跟踪策略建立预瞄驾驶员方向控制模型。基于"人-车-路"闭环控制系统,在Matlab/Simulink、CarSim联合仿真环境下对普通前轮转向、前后轮转角比例控制、LQR控制的控制效果进行验证。结果表明:LQR控制器能够很好地改善汽车质心侧偏角和横摆角速度的动态响应特性,高速控制效果最佳,基于LQR控制的4WS汽车具有更好的道路循迹能力、高速稳定性和主动安全性。

摘要： 雾计算网络是连接云计算网络和边缘网络的中间人,相比于云计算,更加接近边缘网络,在处理边缘网络数据时,具有低延时、分布式、移动性、虚拟化等优点。本文优化了LQR控制器,并仿真验证道路上的路径跟踪准确性。最后,提出了雾计算网络下汽车实现路径跟踪的一种可能措施,为智能网联汽车自动驾驶提供一个参考方案。

摘要： 本文提出了基于自激原理的倒立摆摆起方法,推导出了自激摆起的幅值条件和相位条件,对能量摆起法进行了一定程度上的优化。将此方法应用于负载倒立摆系统,获得了很好的摆起效果。同时本次研究中还使用了线性二次型最优控制算法(LQR法)、Q学习法实现负载倒立摆的稳摆控制。通过仿真与实物实验,证实该方案在负载倒立摆控制中具有稳定,高效,硬件负担小,可重复性强的优点,为大负载倒立摆的摆起与实际应用打下了良好的基础。

摘要： 倒立摆系统是“自动控制原理”课程中的典型控制系统,极点配置及LQR是常用的控制器设计方法。极点配置是通过设置极点确定状态反馈矩阵,LQR是通过设置L,Q参数确定最优反馈矩阵。为了快速确定倒立摆系统的反馈矩阵及闭环反馈系统,文中通过Matlab GUI编程设计一种倒立摆系统仿真平台。该仿真系统通过设置倒立摆的参数,可直接确定系统状态方程;通过对系统进行极点设置和L,Q参数设置,可直接求出相应的系统状态反馈矩阵;设置三种不同的输入信号,则能够显示对应的响应曲线图。所设计的倒立摆仿真平台具有图形化的界面,操作方便、应用灵活,可以根据设置系统的不同参数自动求解相应的系统状态参数,并直观地显示其对应的响应曲线。该仿真平台可用于课堂教学及实验教学中,以加深学生对倒立摆系统控制的理解,提高学生分析和解决问题的能力。

摘要： 现有主动悬架的研究主要以线性弹簧和线性阻尼组成的悬架系统为研究背景,但油气悬架、空气悬架和磁流变悬架等实际悬架不仅具有非线性特性,而且同时具有黏弹性材料的特点.因此含有非线性刚度和分数阶阻尼的悬架模型能更准确地描述悬架的动力学性能.针对含有三次方非线性刚度及分数阶阻尼的二自由度1/4汽车悬架模型进行研究,利用Oustaloup滤波器算法对悬架系统中的分数阶微分进行近似计算,分别采用PID控制器和基于微分几何理论反馈线性化的LQR控制器对该悬架系统进行主动控制.结果表明,基于PID控制器的主动悬架和基于反馈线性化LQR控制器的主动悬架都能有效提高汽车悬架的舒适性和稳定性,其中反馈线性化LQR主动控制效果明显优于PID控制.

摘要： 设计一款基于6-RSS并联机器平台的新型小球系统,先对6-RSS并联机器平台进行逆运动学求解,得出控制平台旋转舵机所需转动的角度,再采用4线电阻屏采集小球在平板上的位置,对小球系统利用拉格朗日函数进行数学模型求解,提出LQR控制器模型,最终对控制器进行Simulink仿真,得到在阶跃响应下小球位置和平板转角的响应曲线.

摘要： 四轮转向-驱动汽车相较于传统车辆能保证四轮转角/转矩独立可控,具有十分优异的主动动力学控制性能.文中针对四轮转向-驱动汽车转角转矩的协调控制提出了一种基于遗传算法的时变LQR控制系统.该系统区别于传统的线性化轮胎参考模型,考虑轮胎的变刚度特性建立线性时变系统,并利用遗传算法对状态量的控制权重矩阵进行优化.仿真结果表明,在给定的转角阶跃输入下,考虑轮胎非线性特性的时变LQR控制系统相较于线性化模型控制系统,对质心侧偏角的零化效果更优异,横摆角速度对理想值的跟踪精度提升3.01％.在高速低附路面下的双移线工况仿真表明,基于遗传算法的时变LQR控制系统能确保车辆具有较好的轨迹跟踪能力,最大侧向位移误差控制效果相较于前轮转向车辆提升44％.

摘要： 本文首先介绍了一种典型3层BP神经网络模型及其基本原理,然后在惯性坐标系内应用经典力学理论建立了直线一级倒立摆的动力学模型,得到以小车加速度作为输入的系统状态空间方程,在MATLAB中利用lqr函数求得系统最优反馈增益矩阵K并实现了稳定控制.在实时控制过程中不断采集数据样本并保存,用.m文件编写BP神经网络训练程序,对数据样本进行训练并自动生成BP神经网络控制器模块,最后在Simulink中搭建仿真模型进行仿真验证,通过分析仿真结果并进行实物验证,证明了所设计的BP神经网络控制器的合理性与有效性.

摘要： 介绍了一个以TMS320F2812DSP处理器为控制核心，倾角仪、速率陀螺、电机编码器为姿态传感器，与分别连接有轮子的间轴的直流电机为执行机构的两轮自平衡机器人的设计，建立了其数学模型并且基于LQR方法对两轮自平衡机器人进行了仿真控制，基于仿真结果设计了嵌入DSP的控制软件并在实际系统中得到了好的效果。

摘要： 介绍了一个以TMS320F2812DSP处理器为控制核心，倾角仪、速率陀螺、电机编码器为姿态传感器，与分别连接有轮子的间轴的直流电机为执行机构的两轮自平衡机器人的设计，建立了其数学模型并且基于LQR方法对两轮自平衡机器人进行了仿真控制，基于仿真结果设计了嵌入DSP的控制软件并在实际系统中得到了好的效果。

摘要： 介绍了一个以TMS320F2812DSP处理器为控制核心，倾角仪、速率陀螺、电机编码器为姿态传感器，与分别连接有轮子的间轴的直流电机为执行机构的两轮自平衡机器人的设计，建立了其数学模型并且基于LQR方法对两轮自平衡机器人进行了仿真控制，基于仿真结果设计了嵌入DSP的控制软件并在实际系统中得到了好的效果。

摘要： 介绍了一个以TMS320F2812DSP处理器为控制核心，倾角仪、速率陀螺、电机编码器为姿态传感器，与分别连接有轮子的间轴的直流电机为执行机构的两轮自平衡机器人的设计，建立了其数学模型并且基于LQR方法对两轮自平衡机器人进行了仿真控制，基于仿真结果设计了嵌入DSP的控制软件并在实际系统中得到了好的效果。

摘要： 介绍了一个以TMS320F2812DSP处理器为控制核心，倾角仪、速率陀螺、电机编码器为姿态传感器，与分别连接有轮子的间轴的直流电机为执行机构的两轮自平衡机器人的设计，建立了其数学模型并且基于LQR方法对两轮自平衡机器人进行了仿真控制，基于仿真结果设计了嵌入DSP的控制软件并在实际系统中得到了好的效果。

摘要： 介绍了一个以TMS320F2812DSP处理器为控制核心，倾角仪、速率陀螺、电机编码器为姿态传感器，与分别连接有轮子的间轴的直流电机为执行机构的两轮自平衡机器人的设计，建立了其数学模型并且基于LQR方法对两轮自平衡机器人进行了仿真控制，基于仿真结果设计了嵌入DSP的控制软件并在实际系统中得到了好的效果。

摘要： 拉索结构由于结构合理、外形美观，从而在土木工程建筑中得到了广泛的应用，尤其在大型的拉索屋面、斜拉桥、桅杆结构和玻璃幕墙等结构中.如果拉索很长，想要通过安放在拉索锚座附近的被动、半主动控制装置来抑制拉索的横向振动是非常困难的.而在拉索的锚座处沿拉索轴向实施主动控制却是一种很好的方法.仿真分析表明，本文采用的轴向主动多模态LQR控制能够有效地抑制小垂度拉索的振动.在此基础上，本文针对小垂度拉索振动控制系统进行了参数分析，着重讨论了改变拉索质量或拉索中初始预拉力后，使拉索垂度发生的变化以及给振动控制带来的影响.

摘要： 拉索结构由于结构合理、外形美观，从而在土木工程建筑中得到了广泛的应用，尤其在大型的拉索屋面、斜拉桥、桅杆结构和玻璃幕墙等结构中.如果拉索很长，想要通过安放在拉索锚座附近的被动、半主动控制装置来抑制拉索的横向振动是非常困难的.而在拉索的锚座处沿拉索轴向实施主动控制却是一种很好的方法.仿真分析表明，本文采用的轴向主动多模态LQR控制能够有效地抑制小垂度拉索的振动.在此基础上，本文针对小垂度拉索振动控制系统进行了参数分析，着重讨论了改变拉索质量或拉索中初始预拉力后，使拉索垂度发生的变化以及给振动控制带来的影响.

摘要： 拉索结构由于结构合理、外形美观，从而在土木工程建筑中得到了广泛的应用，尤其在大型的拉索屋面、斜拉桥、桅杆结构和玻璃幕墙等结构中.如果拉索很长，想要通过安放在拉索锚座附近的被动、半主动控制装置来抑制拉索的横向振动是非常困难的.而在拉索的锚座处沿拉索轴向实施主动控制却是一种很好的方法.仿真分析表明，本文采用的轴向主动多模态LQR控制能够有效地抑制小垂度拉索的振动.在此基础上，本文针对小垂度拉索振动控制系统进行了参数分析，着重讨论了改变拉索质量或拉索中初始预拉力后，使拉索垂度发生的变化以及给振动控制带来的影响.

摘要： 拉索结构由于结构合理、外形美观，从而在土木工程建筑中得到了广泛的应用，尤其在大型的拉索屋面、斜拉桥、桅杆结构和玻璃幕墙等结构中.如果拉索很长，想要通过安放在拉索锚座附近的被动、半主动控制装置来抑制拉索的横向振动是非常困难的.而在拉索的锚座处沿拉索轴向实施主动控制却是一种很好的方法.仿真分析表明，本文采用的轴向主动多模态LQR控制能够有效地抑制小垂度拉索的振动.在此基础上，本文针对小垂度拉索振动控制系统进行了参数分析，着重讨论了改变拉索质量或拉索中初始预拉力后，使拉索垂度发生的变化以及给振动控制带来的影响.

摘要： 本发明公开了一种基于LQR最优控制的DC‑DC变换器数字化控制方法，包括手自动控制模式切换设计、状态观测器设计、带积分控制、考虑参考输入电压跟踪性能的LQR最优控制器、抗积分饱和方法设计。本发明设计带有积分控制的LQR最优控制器，有效地消除DC‑DC变换器输出余差，并考虑参考输入电压跟踪性能，使得DC‑DC变换器的输出电压能够很好的实时跟踪参考输入电压变化；采用抗积分饱和方法处理控制变量占空比输出，避免实际工程应用中由于负载等大范围变化使得占空比长时间饱和而造成的控制器失效问题；采用开关控制手自动控制模式切换，保证了两种工作模式的平滑切换。本发明在实际工程应用中表明具备良好的控制精度和鲁棒性。

摘要： 本发明公开了一种基于LQR控制器的植保无人机变量喷雾控制系统，包括无人机平台、图像采集系统、图像处理系统、ARM控制器和变量喷雾控制系统；所述的无人机平台上搭载图像采集系统和变量喷雾控制系统；所述的图像采集系统摄取田块的图像信号，并将图像信号传输至地面图像处理系统；图像处理系统对接收的图像信号进行处方图处理，将处理后的信息传输至ARM控制器，再传回至无人机平台的变量喷雾控制系统，形成的控制信号控制变量喷雾控制系统进行精准喷雾动作。本发明图像处理系统通过分析得出农作物的发病等级，给出合适控制信号，通过LQR控制器对喷雾系统进行精准喷雾控制，控制电磁阀的开度和压力实现根据处方图的精准控制。

摘要： 本发明公开了一种基于LQR最优控制的车辆自主漂移控制方法，包括以下步骤：初始阶段：在正常驾驶的同时，不断增加后轮驱动力，当后轮纵向滑移率大于临界值时，进入稳态漂移阶段；稳态漂移阶段：构造三自由度车辆模型，计算漂移平衡点，将三自由度车辆模型在漂移平衡点线性化，并用LQR作为控制算法，优化得到前轮转角和后轮驱动力；退出漂移阶段：将前轮转角的值设定为前轮速度方向与车辆纵轴的夹角，同时将后轮驱动力减小。本发明可实现后驱车辆的稳态漂移，提高了车辆在极限工况下的自主驾驶能力。

摘要： 本发明涉及车辆控制技术领域，提出一种叉车的LQR控制方法、装置、存储介质和控制器。该LQR控制方法包括：构建原点处于叉车运动起始位置的坐标系；根据所述叉车的前轴和后轴之间的轴距、驱动轮的转向角度、所述叉车的航向角以及所述叉车的速度，求解所述叉车于所述坐标系下的速度分量以及角速度；将所述叉车于所述坐标系下的速度分量以及角速度表示为矩阵形式，构建所述叉车的运动学模型；将LQR算法应用于所述运动学模型，实现对所述叉车的LQR控制。本发明通过对叉车的运动状态进行分析，推导出叉车的运动学模型，然后将LQR算法应用于该运动学模型中，从而实现对叉车的LQR控制，提高了叉车的控制精度。

摘要： 本发明公开了一种基于LQR最优控制的DC-DC变换器数字化控制方法，包括手自动控制模式切换设计、状态观测器设计、带积分控制、考虑参考输入电压跟踪性能的LQR最优控制器、抗积分饱和方法设计。本发明设计带有积分控制的LQR最优控制器，有效地消除DC-DC变换器输出余差，并考虑参考输入电压跟踪性能，使得DC-DC变换器的输出电压能够很好的实时跟踪参考输入电压变化；采用抗积分饱和方法处理控制变量占空比输出，避免实际工程应用中由于负载等大范围变化使得占空比长时间饱和而造成的控制器失效问题；采用开关控制手自动控制模式切换，保证了两种工作模式的平滑切换。本发明在实际工程应用中表明具备良好的控制精度和鲁棒性。

摘要： 本发明公开了一种基于LQR的改进路径跟踪控制方法，基于无人驾驶车辆当前实际位置与规划位置的横向偏差值和航向偏差值，通过模糊控制器对LQR控制器原始加权矩阵中Q的元素进行实时修正优化，以得到优化后的加权矩阵Q，通过对LQR问题进行求解得出车辆前轮转角的控制量。本发明至少包括以下有益效果：为了解决实际应用中无人驾驶车辆路径跟踪的精度不足的问题，本发明在现有的LQR路径跟踪算法中加入一个模糊控制，动态调节LQR路径跟踪控制器中加权矩阵Q中的元素，然后再使用调整后的加权矩阵Q计算LQR控制器的最优解，计算出无人驾驶车辆需要的前轮转角，以达到增加无人驾驶车辆路径跟踪精度的效果。

摘要： 本发明公开汽车领域中的一种基于自适应LQR轮毂直驱半主动悬架控制系统构造方法，设定12种典型工况的车身垂向加速度、定转子间偏心距、车身俯仰角加速度、前轮悬架动行程、后轮悬架动行程、前轮轮胎动载荷、后轮轮胎动载荷、前轮最优悬架力和后轮最优悬架力，得到对应的12个目标权重矩阵和控制权重矩阵，利用遗传算法分别对其寻优得到12组最优目标权重矩阵和最优目控制权重矩阵并输入LQR控制器中作保存，构成自适应LQR控制器，自适应LQR控制器计算出成本函数，求解出前后轮最优悬架力；当车辆运行至某一典型工况下，选取最优权重矩阵系数并求解最优悬架力，解决传统悬架控制无法在连续不同运行工况下都能得到最优悬架力的问题。

摘要： 本专利公开了一种基于LQR‑CA的航空发动机执行机构容错控制方法，是面向航空发动机控制系统所设计的一种在执行机构出现部分失效或完全失效故障时能够保证较好控制效果的方法。该方法包括：步骤S1，定义控制系统中所有执行机构的总控制量；步骤S2，通过LQR设计和性能最小化求出控制量的控制量；步骤S3，根据执行机构故障诊断结果将总控制量分配到正常执行机构。通过本方法，执行机构出现部分失效或全部失效时，控制系统可以充分利用多个执行机构功能上的重叠性或相似性，将总控制量动态分配给其他执行机构，进而保证控制效果。

摘要： 本发明公开了一种基于增广LQR的矿车横向控制方法，具体步骤包括通过转向系统下发控制指令，以及对实际转角反馈的分析，获取系统的响应特性；根据系统的响应特性建立矿车二自由度动力学模型；根据矿车二自由度动力学模型的状态变量的状态空间方程中进行运算，形成基于增广形式的状态控制表达；再通过里卡提方程迭代求解得到最佳反馈控制率，得到最优控制量。本发明形成了增广形式的状态控制表达，通过里卡提方程迭代求解得到最佳反馈控制率，最后得到最佳控制量，省略了通过外部补偿手段解决执行器响应延迟的过程，节省了相关参数标定的工作，并且能够保证控制量最优。

摘要： 本发明公开了一种基于LQR的SMC商用车智能驾驶横向控制方法，根据车辆横向动力学模型确定LQR状态方程并离散化，基于离散化的状态方程构造反馈控制器及代价函数，计算LQR目标控制量，对LQR目标控制量进行线性化处理，根据处理后的目标控制量确定SMC滑膜控制器的滑膜面；根据车辆实施行驶数据和滑膜状态确定SMC滑膜控制器的趋近率；基于车辆动力学模型和滑膜面计算滑膜面倒数，根据滑膜面倒数和趋近率确定最终前轮转矩，根据最终前轮转矩对车辆进行横向控制。本发明基于最优控制理论，计算LQR反馈控制率，基于车辆动力学模型设计滑模面，计算最终前轮转角，不仅满足车辆控制精度要求，而且鲁棒性更强，能满足商用车各个场景的控制需求。