直流电机LQR控制

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1、直流电机模型示意图

1.1 模型示意图:

直流电机模型具有动力学模型与电力学模型,如下图所示:
直流电机LQR控制_第1张图片

1.2直流电机数学模型:

直流电机LQR控制_第2张图片

2、状态矩阵建立

直流电机LQR控制_第3张图片

3 LQR算法求解

3.1 LQR目标函数

在这里插入图片描述
为了使J最小,使用LQR求解K1,K2,K3
U = - K1*Cita - K2 * w -K3 * i

3.2 电机转速控制分析

因为Cita是发散的,作为反馈控制必然是不稳定的,使用delta_Cita作为反馈状态变量。
由于Cita不收敛,因此下式绝对满足:
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
由上式可知,K1、K2、K3分别是状态变量Cita、w、i的反馈系数,那么K1、K2、K3必然满足状态变量delta_Cita、w、i用于控制。

4 Simulink仿真

使用K = LQR(A, B, Q, R),其中Q与R如下
直流电机LQR控制_第4张图片

4.1 simulink仿真模型

直流电机LQR控制_第5张图片

4.2 仿真结果

当设定目标转速为1,仿真结果如下
直流电机LQR控制_第6张图片
直流电机LQR控制_第7张图片
当设定目标转速为动态且为正弦波时,仿真结果如下:
直流电机LQR控制_第8张图片直流电机LQR控制_第9张图片
上图中,紫色为控制目标,黄色为控制响应目标,可以看得出存在一定延时。同时控制目标变化频率对控制效率会影响很大,在实际中应用需要考虑到这一点。
由于本人水平有限,难免有疏漏与错误观点,希望大家能多多指导。

5 参考链接

[1] https://ww2.mathworks.cn/help/control/examples/dc-motor-control.html?prodcode=CT&language=zh

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