Generally, it is not easy to get a suitable controller for multi variable systems. If the modeling equation of the system can be found, it is possible to get LQR control as an optimal solution. This paper suggests an LQR learning method to design LQR controller without the modeling equation. The proposed algorithm uses the same cost function with error and input energy as LQR is used, and the LQR controller is trained to reduce the function. In this training process, the Jacobian matrix that informs the converging direction of the controller Is used. Jacobian means the relationship of output variations for input variations and can be approximately found by the simple experiments. In the simulations of a hydrofoil catamaran with multi variables, it can be confirmed that the training of LQR controller is possible by using the approximate Jacobian matrix instead of the modeling equation and this controller is not worse than the traditional LQR controller.
본 논문에서는 강성 중앙동체에 끝단 질량을 갖는 두 개의 유연구조물이 부착되어 있는 구조 모델의 선회기동과 진동억제를 동시에 제어하는 문제를 고려하였다. 구조모델의 선형 운동방정식을 구하기 위해 유한요소법을 사용하였다. 우주구조물 모델의 LQR문제에 있어서 물리적 의미를 갖는 성능지수를 제공하는 간단한 방법을 제안하였다. 제안된 성능지수는 일반적으로 사용하는 에너지 형식의 성능지수와 비교할 때 수학적으로는 큰 차이가 없으나 물리적으로는 의미있는 차이를 갖는다. 특수해 방법을 사용하여 부등호 제어 제약조건이 있는 시변 LQR문제를 해결하는 수치적 절차를 소개하였다.
The synthesis of optimal controllers for multivariable systems usually requires an accurate linear model of the plant dynamics. Real systems, however, contain nonlinearities and high-order dynamics that may be difficult to model using conventional techniques. This paper presents a novel loaming method for the synthesis of LQR controllers that doesn't require explicit modeling of the plant dynamics. This method utilizes the sign of Jacobian and gradient descent techniques to iteratively reduce the LQR objective function. It becomes easier and more convenient because it is relatively very easy to get the sign of Jacobian instead of its Jacobian. Simulations involving an overhead crane and a hydrofoil catamaran show that the proposed LQR-LC algorithm improves controller performance, even when the Jacobian information is estimated from input-output data.
This paper proposes a new method for LQR controller design. It is unsystematic and difficult to design an LQR controller by trial and error. The proposed method is capable of systematically calculating weighting matrices for desired pole(s) by the pole's moving-range in S-plane and the relational equation between closed-loop pole(s) and weighting matrices. This will provide much-needed functionality to apply LQR controller. The example shows the feasibility of the proposed method.
This paper presents an optimal and robust PI-PD controller design method for the second-order systems both with dead time and without dead time to satisfy the design specifications in the time domain via LQR design technique. The optimal tuning method of PI-PD controller are also developed by setpoint weighting and neural networks. It is shown that the simulation results show significantly improved performance by proposed method.
This paper deals with LQR controller design method tor system having complex poles. The proposed method is capable of systematically calculating weighting matrices based on the pole's moving-range and the relational equation between closed-loop pole(s) and weighting matrices. The method moves complex poles to complex poles or two distinct real poles. This will provide much-needed functionality to apply LQR controller. The example shows the feasibility of the proposed method.
The active magnetic bearing(AMB) has statey-state error of the displacement by the external force. This paper presents a PID controller design using LQR method in the active magnetic bearing to compensate for the displacement by the external force.
In this paper, position tracking control of an autonomous helicopter is presented. Combining an LQR method and a proportional control forms a simple PD control. Since LQR control gains are set for the velocity control of the helicopter, a position tracking error occurs. To minimize a position tracking error, neural network is introduced. Specially, in the frame of the reference compensation technique for teaming neural network compensator, a position tracking error of an autonomous helicopter can be compensated by neural network installed in the remotely located ground station. Considering time delay between an auto-helicopter and the ground station, simulation studies have been conducted. Simulation results show that the LQR with neural network performs better than that of LQR itself.
This paper introduces an appropriate technique to estimate the weighting matrices used in the linear quadratic regulator (LQR) method for active structural control. For this purpose, a parameter is defined to regulate the relationship between the structural energy and control force. The optimum value of the regulating parameter, is determined for single degree of freedom (SDOF) systems under seismic excitations. In addition, the suggested technique is generalized for multiple degrees of freedom (MDOF) active control systems. Numerical examples demonstrate the robustness of the proposed method for controlled buildings under a wide range of seismic excitations.
An efficient procedure using LQR method for determining optimal sliding surfaces appropriate for different controller types is provided. The parametric evaluation of the dynamic characteristics of sliding surfaces is peformed in terms of SMC controller performance of single-degree-of-freedom(SDOF) systems. The control force limit is considered in this procedure. Numerical simulations for multi-degree-of-freedom(MDOF) systems verify the effectiveness of proposed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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