最优控制与状态估计ppt课件.ppt

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1、主讲：杨富文主讲：杨富文 教授教授华东理工大学 信息学院这门课分两部分讲：这门课分两部分讲：第一部分：最优控制第一部分：最优控制第二部分：状态估计第二部分：状态估计一、最优控制一、最优控制 最优控制是控制系统设计的一种方法。它最优控制是控制系统设计的一种方法。它所研究的中心问题是怎样选择控制规律才所研究的中心问题是怎样选择控制规律才能使控制系统的性能和品质在能使控制系统的性能和品质在某种意义某种意义下下为最优。为最优。没有更好只有最好！没有更好只有最好！1、最优控制发展过程最优控制发展过程 以后，拉塞尔（以后，拉塞尔（LaSalle）发展了时间最优）发展了时间最优控制的理论，即所谓控制的理论，

2、即所谓BangBang控制理论。控制理论。 上世纪五十年代初期布绍（上世纪五十年代初期布绍（Bushaw）研究）研究了伺服系统的时间最优控制问题。了伺服系统的时间最优控制问题。 1956至至1958年间苏联学者庞特里雅金等年间苏联学者庞特里雅金等创立了创立了“极大值原理极大值原理”。 1953至至1957年间美国学者贝尔曼（年间美国学者贝尔曼（Bellman）创立了创立了“动态规划动态规划”理论，发展了变分学中的哈密理论，发展了变分学中的哈密顿顿雅可比（雅可比（HamiltonJacobi）理论。）理论。贝尔曼（贝尔曼（Richard E Bellman）l美国数学家，美国全美国数学家，美国全

3、国科学院院士，动态国科学院院士，动态规划的创始人。规划的创始人。l(August 26, 1920 March 19, 1984 )庞特里亚金庞特里亚金(Pontryagin)l前苏联俄罗斯数学家前苏联俄罗斯数学家 .研研究领域涉及拓扑学、代数、究领域涉及拓扑学、代数、控制论等。控制论等。5050年代开始研年代开始研究振动理论和最优控制理究振动理论和最优控制理论，以庞特里亚金的极值论，以庞特里亚金的极值原理著称于世原理著称于世 .l（Sept. 3,1908May 3,1988）2、最优控制的主要内容最优控制的主要内容l用变分法求解最优控制问题用变分法求解最优控制问题l用极小值原理求解最优控制

4、问题用极小值原理求解最优控制问题l用动态规划法求解最优控制问题用动态规划法求解最优控制问题l线性二次型最优控制问题线性二次型最优控制问题状态估计状态估计l对系统的输入和输出进行量测而得到的数据只对系统的输入和输出进行量测而得到的数据只能反映系统的外部特性。能反映系统的外部特性。l系统的动态规律需要用内部（通常无法直接测系统的动态规律需要用内部（通常无法直接测量）状态变量来描述。量）状态变量来描述。状态估计状态估计：根据可获取的量测数据估算：根据可获取的量测数据估算动态系统内部状态的方法。动态系统内部状态的方法。一种间接测量而不是直接测量一种间接测量而不是直接测量1 1、状态估计的方法、状态估计

5、的方法l吕恩伯格吕恩伯格 （David G Luenberger ）l(born 1937)lHe is a professor at Stanford University. 状态观测器状态观测器卡尔曼滤波器卡尔曼滤波器l卡尔曼（卡尔曼（R E Kalman）l(born May 19, 1930 )lHe is currently a retired professor lU.S. President Barack Obama awarded Kalman with the National Medal of Science on Oct. 7, 2009. l基于状态观测器的状态估计基于

6、状态观测器的状态估计l基于基于Kalman滤波器（滤波器（KF)的状态估计的状态估计l基于扩展基于扩展Kalman滤波器（滤波器（EKF)的状态估计的状态估计参考书参考书1.吴受章吴受章 编著，编著，最优控制理论与应用最优控制理论与应用 ，机械工业出版社。机械工业出版社。2.秦寿康、张正方，秦寿康、张正方，最优控制最优控制， 电子工业电子工业出版社出版社 。3.解学书，解学书，最优控制理论与应用最优控制理论与应用， 清华大清华大学出版社。学出版社。4.王志贤王志贤 编著，编著，最优状态估计与系统辨识最优状态估计与系统辨识，西北工业大学出版社。西北工业大学出版社。 l课时安排：课时安排：3232学时，全部为理论学时。学时，全部为理论学时。l考核方式：期末书面考试。考核方式：期末书面考试。l成绩评定：期末考试：成绩评定：期末考试：70 作业：作业：30l先修课程：先修课程：矩阵论矩阵论 ，自动控制原自动控制原理理，现代控制理论现代控制理论。l课程特点：涉及的知识面广，概念多，理课程特点：涉及的知识面广，概念多，理解难度大。解难度大。l学习方法：课前预习，课后及时复习，独学习方法：课前预习，课后及时复习，独立认真地完成作业，通过练习熟练掌握理立认真地完成作业，通过练习熟练掌握理论和设计方法。论和设计方法。