最速控制系统

能以最短时间完成规定控制作用的最优控制系统,又称快速控制系统。例如,航天器的姿态由于扰动而偏离给定的平衡状态,在快速控制系统的作用下,即能在最短的时间内恢复到原平衡状态。

60年代末,对于线性定常的被控对象,最速控制系统的设计问题已基本解决。在这类快速控制问题中,受控对象是线性定常系统,其状态方程(见状态空间法)为

夶(t)=Ax(t)+Bu(t)

x(0)=x0

式中x(t)是状态向量,u(t)是控制向量,AB是由系统结构和参数所决定的系数矩阵。控制向量u(t)的各个分量u1,u2,…,um的幅值只能在容许范围内取值,这一约束条件可表示为:

|ui|≤Mi  (Mi为一正常数,i=1,2,…,m )

设计的目的是确定最优控制向量u*(t)(0≤t≤τ),使被控对象在u*(t)的作用下能够用最短的时间τ由初始状态x0转移到指定的终点状态x(τ)=0。

应用极大值原理可以很好地解决线性定常受控对象的快速控制问题。其结论是:

(1)若受控对象能控(见能控性),则最优控制向量u*(t)唯一地存在。

(2)u*(t)是个开关函数,每个分量u壟(i=1,2,…,m)都分段取常值+Mi或-Mi

(3)如果A的特征根均是实数,则u壟值在+M 和-M之间切换的次数不大于n-1,n为特征根数。

(4)u*(t)可表示为状态变量x(t)的非线性函数,这一函数关系可用计算机来实现。对于一般情况的最速控制问题并无普遍适用的结果。

参考书目
  1. 钱学森宋健:《工程控制论》(上册),科学出版社,北京,1981。