学海网

毕业设计-最优控制理论研究及其MATLAB实现，共55页，13715字，附外文翻译、答辩PPT
摘 要
最优控制理论是50年代中期在空间技术的推动下开始形成和发展起来的。对于线性系统，若性能指标是二次型函数，这样实现的控制叫做线性二次型最优控制，线性二次型最优控制是一种普遍采用的最优控制系统设计方法。到目前为止，这种二次型最优控制在理论上比较成熟，为解决这类控制问题而开发的MATLAB函数也比较多，而且这种控制应用非常广泛。使用MATLAB软件设计的GUI控制界面实现最优控制，有较好的人机交互界面，便于使用。线性二次型最优控制又叫做LQ最优控制或者称为无限长时间定常系统的状态调节控制器。
本文从最优控制的基本概念出发，简要介绍了最优控制的基本思想，阐述了常用的最优控制的性能指标和最优控制问题的一般求解方法；同时本文分别从连续系统线性二次型最优控制的MATLAB实现、离散系统二次型最优控制的MATLAB实现、最优观测器的MATLAB实现和线性二次性Guass最优控制的MATLAB实现四个研究方案着手，讨论了四个研究方案的基本理论和以不同的性能指标设计不同的GUI界面的MATLAB实现过程。
关键词：线性二次型，最优控制，GUI控制界面，最优观测器，Guass最优控制

ABSTRACT
Optimal control theory is 50 time metaphase begins to form and develop in the space under the impetus of the. For linear systems, if the performance index is the two type function, control the realization of this is called linear two quadratic optimal control, linear quadratic optimal control of two is a design method of optimal commonly used control system. So far, the two quadratic optimal control theory is relatively mature, the MATLAB function and development to solve the control problem is more also, and this control is widely used. Use MATLAB software to design GUI control interface to achieve optimal control, has a good man-machine interface, easy to use. Optimal control of a linear two type called LQ optimal control or known as the infinite long time constant system state controller.
This article from the basic concept of optimal control theory, introduces the basic idea of optimal control, expounds the general method of solving the performance index and optimal control problems of common optimal control; at the same time, this paper from the continuous linear quadratic optimal control system with two MATLAB, two discrete system optimal control, the optimal MATLAB implementation observer MATLAB implementation and the linear two Guass optimal control MATLAB to achieve four research plan, discusses the basic theory of the four research programs and to different performance indexes design of GUI interface of the MATLAB implementation process.
KEY WORDS：linear quadratic,the optimal control,GUI control interface,the best Guass observer,the optimal control

目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 课题研究的背景、意义及研究概况 2
1.3 本文研究的主要内容 2
第2章 最优控制的基本概念 4
2.1 最优控制基本思想 4
2.2 最优控制的性能指标 5
2.2.1 积分型性能指标 5
2.2.2 末值型性能指标 6
2.3 最优控制问题的求解方法 7
2.4 小结 7
第3章 连续系统最优控制的MATLAB实现 9
3.1 连续系统线性二次型最优控制 9
3.2 连续系统线性二次型最优控制的MATLAB实现 10
3.3 连续系统线性二次型最优控制的MATLAB实现示例 11
3.4 小结 20
第4章 离散系统线性二次型最优控制的MATLAB实现 21
4.1 离散系统稳态线性二次型最优控制 21
4.2 离散系统线性二次型最优控制的MATLAB实现与示例 22
4.4 小结 27
第5章 最优观测器的MATLAB实现 28
5.1 连续时不变系统的KALMAN滤波 28
5.2 KALMAN滤波的MATLAB实现 29
5.3 KALMAN滤波的MATLAB实现示例 30
5.4 小结 36
第6章 线性二次型Guass最优控制的MATLAB实现 37
6.1 LQG最优控制的求解 37
6.2 LQG最优控制的MATLAB实现与示例 38
6.3 小结 43
第7章 结论 44
参考文献 45
致 谢 47

本文研究的主要内容
本论文将以线性二次型为性能指标，分别从连续系统线性二次型最优控制的MATLAB实现，离散系统相形二次型最优控制的MATLAB实现，最优观测器的MATLAB实现，线性二次性Guass最优控制的MATLAB实现这四个研究方案入手加以深入，力求在做到实现最优控制的前提下，控制界面的灵敏性能够有进一步的提高。同时江不同最优控制的设计进行比较，探讨各种方法的优缺点。
针对上述研究内容，本论文内容具体安排如下：
第1章：绪论。介绍了线性二次型最优控制以及MATLAB下图形界面GUI的研究背景、意义和发展概况，并介绍了本文的主要研究内容。
第2章：阐述最优控制的基本概念，性能指标以及求解方法。通过列举方程阐述最优控制的基本思想，通过举例和求解来解述最优控制的性能指标。
第3章：阐述连续系统线性二次型最优控制的MATLAB实现过程。从连续系统线性二次型最优控制的概念着手，再介绍在MATLAB系统里特别提供求解连续系统线性二次型状态调节器问题的函数，最后举实例证明。
第4章：阐述离散系统相形二次型最优控制的MATLAB实现过程。从离散系统线性二次型最优控制的概念着手，再介绍在MATLAB系统里特别提供求解离散系统线性二次型状态调节器问题的函数，最后举实例证明。
第5章：阐述最优观测器的MATLAB实现过程。介绍系统的最优观测器即KALMAN滤波器，KALMAN滤波的MATLAB实现及示例。
第6章：阐述线性二次型Guass最优控制的MATLAB实现过程。简述什么是线性二次型Guass最优控制。Guass最优控制的MATLAB实现及示例。
第7章：结论。总结各线性二次型最优控制的MATLAB分析，GUI控制界面的实现的意义。

本课题的研究内容主要包括以下几个方面：
1、介绍线性二次型最优控制以及MATLAB下图形界面GUI的研究背景、意义和发展概况；
2、研究最优控制的基本概念，性能指标以及求解方法；
3、研究连续系统线性二次型最优控制的MATLAB实现过程；
4、研究离散系统线性二次型最优控制的MATLAB实现过程。