基于神经网络剖析.ppt

1 基本概念 ①最优控制系统 最优控制系统，是指在一定的具体条件下，完成所要求的控制任务时，其目标函数（性能指标）具有最优值的系统，更具体些说，最优控制是指在一定的约束条件下，选择一个表征过程的目标函数，决定一个最优控制函数，以使目标函数达到极大值或极小值，对于同一系统，若选择的目标函数不同，则可能得到不同的最优控制． 1 基本概念 ②性能指标 最优控制理论中，数字控制系统的性能指标定为 性能指标可分为三种形式： ⑴积分型 　积分型目标函数可写成 Q为加权矩阵 1 基本概念 ⑵终值型 终值型目标函数可写成 ⑶综合型 上述综合型性能指标是比较普遍的性能指标。 1 基本概念 若将综合型的目标函数写成 则当J为最小时，系统在整个控制过程中，状态偏差最小。这种目标函数称为二次型性能指标。二次型性能指标在最优控制中占有很重要的地位。 1 基本概念 ③最优控制问题 令系统的状态方程为 其初始条件为 式中X(k)是n维列向量,U(k)是p维列向量。 最优控制的任务是在一定的约束条件下，在时间[0,N]内求N个控制 使状态由初始值 转移到终止值X(N),并使 性能指标取最小值（或最大值）。 1 基本概念 线性二次型最优控制在最优控制中占有很重要的地位，其原因有二，一方面许多多线性系统的最优控制属于这种类型，另一方面线性二次型最优控制可以得到具有状态反馈的线性闭环最优控制系统，工程上易于实现。 所谓线性二次型最优控制就是在状态方程的约束条件下,寻找最优控制 使状态X(0) 转移到X(N),并使下式二次型性能指标取最小值： 1 基本概念 简单地讲，二次型最优控制就是指性能指标为二次型的最优控制。 2 神经网络伺服最优鲁棒控制系统 ①什么是伺服系统？ 用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。又称随动系统。在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度，加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。伺服系统最初用于船舶的自动驾驶，火炮控制和指挥仪中，后来逐渐推广到很多领域，特别是自动车床，天线位置 2 神经网络伺服最优鲁棒控制系统 控制，导弹和飞船的制导等。采用伺服系统主要是为了达到下面几个目的：⑴以小功率指令信号去控制大功率负载。火炮控制和船舵控制就是典型的例子。⑵在没有机械连接的情况下，由输入轴控制位于远处的输出轴，实现远距同步传动。⑶使输出机械位移精确地跟踪电信号，如记录和指示仪表等。 衡量伺服系统性能的主要指标有频带宽度和精度。 伺服系统按所用驱动元件的类型可分为机电伺服系统，液压伺服系统和气动伺服系统。 2 神经网络伺服最优鲁棒控制系统 ②伺服系统的离散最优鲁棒控制 随着智能机器人和高精度的数控机床的发展，伺服技术得到了日益广泛的应用，同时对伺服技术也提出了更高的要求。希望伺服系统具有快速性好，无超调，无静差，抗扰能力强等。然而由于实际的被控系统的数学模型往往含有非线性，干扰，不确定因素，当模型的不确定性超过传统线性最优鲁棒控制所允许的范围时，控制系统就变得不稳定，因此传统控制方法很难满足现代伺服系统的要求。 2 神经网络伺服最优鲁棒控制系统 将人工神经网络所具有的并行性，自适应，自学习等能力应用于现有的最优鲁棒控制，作为控制系统中的补偿环节，完成更精确建模和稳定的控制，使控制系统具有更高一级的“智能”控制，以满足快速，稳定的伺服系统控制要求。 2 神经网络伺服最优鲁棒控制系统 最优伺服系统的设计目标是系统跟踪一定指令信号时误差最小。解决这个问题的方法是： 设一个离散系统，其离散状态方程为 ⑴ ⑵ 其中 是 维状态向量， 是m维控制向量， 是l维输出向量，F,G,C分别是 , , 维的系统参数矩阵。 2 神经网络伺服最优鲁棒控制系统 假定在一个稳定及可观的指令信号 作用下，控制输入 为 ⑶