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现代控制理论(2)—— LQR

Linear Quadratic Regulator(线性二次型调节器)

Linear:系统需要能够写成 \(\dot{x} = Ax + Bu\) ,云台在转动的时候虽然有sin但是在小范围的时候可以视为线性的。

Quadratic:这是一个能量的概念,在数学上使用误差的平方,电流的平方量化指标。(二次可微,连续,凸)

量化代价函数

代价函数:\(J = \int^{\infty}_{0} (x^{T} Q x + u^{T} R u) dt\)

其中 \(x^TQx\) 为当前状态向量距离平衡点的欧氏距离的平方。

其中的 \(Q\) 矩阵(通常是一个对角矩阵):

\[Q = \begin{bmatrix} q_1 & 0 \\ 0 & q_2 \end{bmatrix} \]

\(x^T Q x = q_1 x_1^2 + q_2 x_2^2\)。(如果 \(q1\) 比较大, \(q2\) 比较小就会导致 \(x_1\) 迅速增大 )

控制项:\(u^T R u\)

其中 \(u\) 为控制输入,\(R\) 为控制约束。

\(R\) 越大越吝啬能量,\(R\) 很小的时候不惜代价加压回正。

为什么需要二次型?

  1. 凸函数有全局最优解,LQR 算出来的反馈矩阵 \(K\) 为唯一最优的。

  2. 可导:平方项求导之后为线性,使得最终的控制律 \(u = -Kx\) 也是线性的。

http://www.jsqmd.com/news/387415/

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