七、仿真
1.最优状态调节器的设计：
MATLAB 控制系统工具箱中提供了完整的解决线性二次型最优控制问题的命令及算法，其中命令lqr 和lqry 可以直接求解二次型调节器问题以及相关K 的方程。这两个命令的格式如下：[K,P,E]=lqr(A,B,Q,R,N)
[K,P,E]=lqry(A,B,C,D,Q,R)
（1） R=1时：
A=[0 1 0;0 0 1;-35850 -384.6 -57.69];
B=[0;0;1];
Q=[1 0 0;0 1 0;0 0 1];
R=1;
[K,P,E]=lqr(A,B,Q,R);
仿真结果如下：
K = 0.0000 407.0909 6.6786
P =
1.0e+007 *
1.4594 0.0239 0.0000
0.0239 0.0029 0.0000
0.0000 0.0000 0.0000
E =
-61.0223
-1.6732 +24.1804i
-1.6732 -24.1804i
因此，系统的最优状态调节器是
u=-[ 0.0000 407.0909 6.6786
]x
R=1时：
A=[0 1 0;0 0 1;-35850 -384.6 -57.69]; B=[0;0;1];
Q=[1 0 0;0 1 0;0 0 100];
R=1;
[K,P,E]=lqr(A,B,Q,R);
仿真结果如下：
K =
0.0000 500.3614 8.8597
P =
1.0e+007 *
1.7938 0.0318 0.0000
0.0318 0.0037 0.0001 0.0000 0.0001 0.0000
E =
-61.6290
-2.4603 +23.9928i
-2.4603 -23.9928i
因此，系统的最优状态调节器是
u=-[0.0000 500.3614 8.8597
]x
R=1时：
仿真结果如下：
K =
1.0e+003 *
0.0000 1.9433 0.0735
P =
1.0e+007 *
6.9666 0.2635 0.0000
0.2635 0.0283 0.0002
0.0000 0.0002 0.0000
E =
1.0e+002 *
-1.1347
-0.0887 + 0.1541i
-0.0887 - 0.1541i
因此，系统的最优状态调节器是
u=-1.0e+003 * [0.0000 1.9433 0.0735
]x
R=1时：
仿真结果如下：
K =
1.0e+003 *
0.0000 4.0822 0.2762
P =
1.0e+008 *
1.4635 0.0990 0.0000 0.0990 0.0147 0.0000
0.0000 0.0000 0.0000
E =
1.0e+002 *
-3.2031
-0.0680 + 0.0811i
-0.0680 - 0.0811i
因此，系统的最优状态调节器是
u=-1.0e+003 * [0.0000 4.0822 0.2762
]x
R=10时：仿真结果如下：K =
0.0000 884.2307 20.3907
P =
1.0e+008 *
3.1700 0.0731 0.0000
0.0731 0.0077 0.0001
0.0000 0.0001 0.0000
E =
-67.1351
-5.4728 +22.4510i
-5.4728 -22.4510i
因此，系统的最优状态调节器是
u=- [0.0000 884.2307 20.3907]x
2.通过系统的阶跃响应仿真结果讨论权阵对系统输出的影响：（1） R=1时：
R=1时：
R=1时：
R=1时：
R=10时：
浅谈最优控制 发表时间：2008-12-10T10:25:09.263Z 来源：《黑龙江科技信息》供稿作者：李晶1 陈思2 [导读] 主要阐述了关于最优控制问题的基本概念，最优控制是最优化方法的一个应用。最优化一般可以分为最优设计、最优计划、最优管理和最优控制四个方面。 摘要：主要阐述了关于最优控制问题的基本概念，最优控制是最优化方法的一个应用。最优化一般可以分为最优设计、最优计划、最优管理和最优控制四个方面。而最优控制理论是研究和解决从一切可能的控制方案中寻找最优解的一门学科，解决最优控制问题的主要方法有古典变分法、极大值原理和动态规划。通过以上知识的讲解使初学者能够快速掌握最优控制的问题。关键词：最优化；最优控制；极值 最优控制是最优化方法的一个应用，如果想了解最优控制必须知道什么是最优化方法。所谓最优化方法为了达到最优化目的所提出的各种求解方法。从数学意义上说，最优化方法是一种求极值的方法，即在一组约束为等式或不等式的条件下，使系统的目标函数达到极值，即最大值或最小值。从经济意义上说，是在一定的人力、物力和财力资源条件下，使经济效果达到最大（如产值、利润），或者在完成规定的生产或经济任务下，使投入的人力、物力和财力等资源为最少。 最优化一般可以分为最优设计、最优计划、最优管理和最优控制四个方面。（1）最优设计:世界各国工程技术界,尤其是飞机、造船、机械、建筑等部门都已广泛应用最优化方法于设计中，从各种设计参数的优选到最佳结构形状的选取等，结合有限元方法已使许多设计优化问题得到解决。一个新的发展动向是最优设计和计算机辅助设计相结合。电子线路的最优设计是另一个应用最优化方法的重要领域，它存在着巨大的开发潜力，尤其是对于学电工学的学生来说。配方配比的优选方面在化工、橡胶、塑料等工业部门都得到成功的应用,并向计算机辅助搜索最佳配方、配比方向发展。（2）最优计划:现代国民经济或部门经济的计划，直至企业的发展规划和年度生产计划，尤其是农业规划、种植计划、能源规划和其他资源、环境和生态规划的制订,都已开始应用最优化方法。一个重要的发展趋势是帮助领导部门进行各种优化决策，使工作结构简单，工作效率最高化，节省了很多时间。（3）最优管理：一般在日常生产计划的制订、调度和运行中都可应用最优化方法。随着管理信息系统和决策支持系统的建立和使用，使最优管理得到迅速的发展。（4）最优控制：主要用于对各种控制系统的优化。下面着重来解释一下最优控制。 最优控制理论是研究和解决从一切可能的控制方案中寻找最优解的一门学科。它是现代控制理论的重要组成部分。这方面的开创性工作主要是由贝尔曼（R.E.Bellman）提出的动态规划和庞特里亚金等人提出的最大值原理。这方面的先期工作应该追溯到维纳（N.Wiener）等人奠基的控制论（Cybernetics）。1948年维纳发表了题为《控制论——关于动物和机器中控制与通讯的科学》的论文，第一次科学的提出了信息、反馈和控制的概念，为最优控制理论的诞生和发展奠定了基础。钱学森1954年所著的《工程控制论》（EngineeringCybernetics）直接促进了最优控制理论的发展和形成。 为了解决最优控制问题，必须建立描述受控运动过程的运动方程，即系统的数学模型，给出控制变量的允许取值范围，指定运动过程的初始状态和目标状态，并且规定一个评价运动过程品质优劣的性能指标。通常，性能指标的好坏取决于所选择的控制函数和相应的运动状态。系统的运动状态受到运动方程的约束，而控制函数只能在允许的范围内选取。因此，从数学上看，确定最优控制问题可以表述为：在运动方程和允许控制范围的约束下，对以控制函数和运动状态为变量的性能指标函数（称为泛函）求取极值（极大值或极小值）。解决最优控制问题的主要方法有古典变分法、极大值原理和动态规划。 1 古典变分法 研究对泛函求极值的一种数学方法。古典变分法只能用在控制变量的取值范围不受限制的情况。在许多实际控制问题中，控制函数的取值常常受到封闭性的边界限制，如方向舵只能在两个极限值范围内转动，电动机的力矩只能在正负的最大值范围内产生等。因此，古典变分法对于解决许多重要的实际最优控制问题，是无能为力的。 2 极大值原理 极大值原理，是分析力学中哈密顿方法的推广。极大值原理的突出优点是可用于控制变量受限制的情况，能给出问题中最优控制所必须满足的条件。 3 动态规划 动态规划是数学规划的一种，同样可用于控制变量受限制的情况，是一种很适合于在计算机上进行计算的比较有效的方法。随着社会科技的不断进步,最优控制理的应用领域十分广泛，如时间最短、能耗最小、线性二次型指标最优、跟踪问题、调节问题和伺服机构问题等。但它在理论上还有不完善的地方，其中两个重要的问题就是优化算法中的鲁棒性问题和最优化算法的简化和实用性问题。大体上说，在最优化理论研究和应用方面应加强的课题主要有：（1）适合于解决工程上普遍问题的稳定性最优化方法的研究；（2）智能最优化方法、最优模糊控制器设计的研究；（3）简单实用的优化集成芯片及最优化控制器的开发和推广利用；（4）复杂系统、模糊动态模型的辩识与优化方法的研究；（5）最优化算法的改进。相信随着对这些问题的研究和探索的不断深入，最优控制技术将越来越成熟和实用，它也将给人们带来不可限量的影响。 参考文献 [1]胡寿松.最优控制理论与系统[M].（第二版）北京：科学出版社，2005. [2]阳明盛.最优化原理、方法及求解软件[M].北京：科学出版社，2006. [3]葛宝明.先进控制理论及其应用[M].北京：机械工业出版社，2007. [4]章卫国.先进控制理论与方法导论[M].西安：西北工业大学出版社，2000.
得 分 阅卷人 2009-2010学年第一学期《电路》期末考试试卷 1、 填空题（每空1分，共20分） 1． 一阶电路的三要素法中的三个要素是：＿ ＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿ ＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 2． 理想变压器可以改变：＿＿＿＿＿＿＿＿ ＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿ ＿＿＿＿＿＿＿＿。 3． 基尔霍夫电流定律时域形式和相量形式分 别为：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿ ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 4． 通过改变＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿ ＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ ＿可以使RLC 串联电路发生谐振。 5． 对于一个具有n个节点，b条支路的电路， 可写出＿＿＿＿＿个独立的KCL方程，＿ ＿＿＿＿个独立的KVL方程。 6． 在分析具有理想运放的电路时，有两个很 重要的规则，分别是＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 和＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 7．试指出图1所示元件中电流的真实方向： ，电压的真实方向 ，功率 。 8．图2所示电路中a 点的电压（位）为 V 。 图1 图2 9．含源电阻二端网络N 及其伏安特性如图3所示，其戴维南等效电路中U s ＝＿＿＿＿＿V，R s ＝＿＿＿＿＿＿Ω。
得分阅卷 人图3 10.图4所示电路中，电压源、受控源、2Ω电阻所吸收的功率依次 为：＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿ ＿＿＿＿＿＿。 图4 2、 选择题（3×7＝21分） 1．图5所示电路在t = 0时，开关打开，电路的 时间常数为（ ）。 A．2s B． 3s C． 1/2s D． 1/3s 图5 图6 图7 2．图6所示电路中，，当（）时获得最大功率。 A． B． C． D． 3．图7所示电路中的U为（ ） A. 14V B. 10V C. 20V D. 12V 4．已知一个Ω的阻抗上流过电流，则其电压为（ ）V。 A． B． C． D． 5．受控源k中，k为（） A．电压转移比 B．电流转移比C．转移电导 D．转移电阻 6．关联参考方向时，线性电感的韦安特性曲线为（ ）。 A．过一、四象限的直线 B．过二、三象限的直线 C．过一、三 象限的直线 D．过一、二象限的直线 7．恒定电流2A流过初始储能为零的1F电容，历时5s，则在这段时 间内电容获得能量为（ ）。
最优控制综述 摘要：本文主要阐述了关于最优控制问题的基本概念。最优控制理论是研究和解决从一切可能的控制方案中寻找最优解的一门学科，解决最优控制问题的主要方法有古典变分法、极大值原理和动态规划，同时本文也介绍了最优控制理论在几个研究领域中的应用，并对最优控制理论做了一定的总结。 关键字：最优控制；最优化；最优控制理论 Abstract: This article mainly elaborated on the basic concept of optimal control problems. Optimal control theory is studied and solved from all possible solutions to find the optimal solution of a discipline, to solve optimal control problems of the main methods are classical variational method, with the maximum principle and dynamic programming principle. At the same time, this paper also introduces the application of optimal control theory in several research fields, and a summary of optimal control theory. Key Words: Optimal control; optimization; optimal control theory 1.引言 最优控制是现代控制理论的重要组成部分，它研究的主要问题是：在满足一定约束条件下，寻求最优控制策略，使得性能指标取极大值或极小值。最优控制是使控制系统的性能指标实现最优化的基本条件和综合方法。可概括为：对一个受控的动力学系统或运动过程，从一类允许的控制方案中找出一个最优的控制方案，使系统的运动在由某个初始状态转移到指定的目标状态的同时，其性能指标值为最优。最优控制是最优化方法的一个应用。从数学意义上说，最优化方法是一种求极值的方法，即在一组约束为等式或不等式的条件下，使系统的目标函数达到极值，即最大值或最小值。 最优控制理论是研究和解决从一切可能的控制方案中寻找最优解的一门学科，基本内容和常用方法包括动态规划、最大值原理和变分法。这方面的开创性工作主要是由贝尔曼（R.E.Bellman）提出的“动态规划”和庞特里亚金等人提出的“极大值原理”，到了60年代，卡尔曼（Kalman）等人又提出了可控制性及可观测性概念，建立了最优估计理论。这方面的先期工作应该追溯到维纳（N.Wiener）等人奠基的控制论（Cybernetics）。最优控制理论的实现离不开最优化技术。控制系统最优化问题，包括性能指标的合理选择以及最优化控制系统的设计，而性能指标在很大程度上决定了最优控制性能和最优控制形式。最优化技术就
三、判断（本题满分10分，划×√，每道小题2分） 1、电感中电流只能连续变化，不能跃变 （×） 2.在RLC 并联的电路中，当LC 发生谐振时，线路中电流最小（×） 3.一阶电路中，电阻小了，就会出现振荡（×） 4.同频率正弦量的相位差是与计时起点无关的（√） 5.相量法仅适用于交流电路（√） 1、电容中电压只能连续变化，不能跃变 （×） 2.在RLC 并联的电路中，当LC 发生谐振时，线路中电流最小（×） 3.二阶电路中，电阻小了，就会出现振荡（√） 4.同频率正弦量的相位差是与计时起点无关的（√） 5.相量法仅适用于交流电路（√） 1、电感中电流只能连续变化，不能跃变 （×） 2.在RLC 并联的电路中，当LC 发生谐振时，线路中电流最小（×） 3.一阶电路中，电阻小了，就会出现振荡（×） 4.同频率正弦量的相位差是与计时起点无关的（√） 5.相量法仅适用于交流电路（√） 1、电容中电压只能连续变化，不能跃变 （×） 2.在RLC 并联的电路中，当LC 发生谐振时，线路中电流最小（×） 3.二阶电路中，电阻小了，就会出现振荡（√） 4.同频率正弦量的相位差是与计时起点无关的（√） 5.相量法仅适用于交流电路（√） 四、计算题（有6个题，每题10分，共60分） 1.在4-1图所示电路中0,1,2,6==Ω==t F C R A i s 时闭合开关S ，在V u c 3)0(=-情况下，求u C 、i c 以及电流源发出的功率(可以用三要素法求解)。
图4-1 2.在图4-2所示的电路中，开关K在t= 0时闭合，已知u C(0-)=0,i L(0-)=2A,求开关闭合后电感中的电流i L(t)。 图4-2
《最优控制理论》 课程总结 姓名：肖凯文 班级：自动化1002班 学号：0909100902 任课老师：彭辉
摘要：最优控制理论是现代控制理论的核心，控制理论的发展来源于控制对象的要求。尽50年来，科学技术的迅速发展，对许多被控对象，如宇宙飞船、导弹、卫星、和现代工业设备的生产过程等的性能提出了更高的要求，在许多情况下要求系统的某种性能指标为最优。这就要求人们对控制问题都必须从最优控制的角度去进行研究分析和设计。最优控制理论研究的主要问题是：根据已建立的被控对象的时域数学模型或频域数学模型，选择一个容许的控制律，使得被控对象按预定要求运行，并使某一性能指标达到最优值[1]。 关键字：最优控制理论，现代控制理论，时域数学模型，频域数学模型，控制率Abstract： The Optimal Control Theory is the core of the Modern Control Theory，the development of control theory comes from the requires of the controlled objects.During the 50 years， the rapid development of the scientific technology puts more stricter requires forward to mang controlled objects，such as the spacecraft，the guide missile，the satellite，the productive process of modern industrial facilities，and so on，and requests some performance indexes that will be best in mang cases.To the control problem，it requests people to research ,analyse，and devise from the point of view of the Optimal Control Theory. There are mang major problems of the Optimal Control Theory studying,such as the building the time domain’s model or the frenquency domain’s model according to the controlled objects,controlling a control law with admitting, making the controlled objects to work according to the scheduled requires, and making the performance index to reseach to a best optimal value. Keywords: The Optimal Control Theroy， The Modern Control Theroy， The Time Domaint’s Model， The Frequency domain’s Model，The Control Law
试卷编号 命题人：审批人：试卷分类（ A 卷或 B 卷） A 大学试卷 学期：2006 至2007 学年度第 1 学期 课程：电路分析基础I 专业：信息学院05 级 班级：姓名：学号： （本小题 5分）求图示电路中 a、b 端的等效电阻R ab。 （本小题 6分）图示电路原已处于稳态，在t 0时开关打开，求则i 0 。 t0 4A 5 1F 0.5H 3 得分 题号一二三四五六七八九十 十十 总分得分 、得分 R ab =R2 得分
i(0+)=20/13=1.54A
（本小题 5 分）已知某二阶电路的微分方程为 则该电路的固有频率（特征根）为d 2 u dt 2 du 8 12u 10 dt 和___-6 ___ 。该电路处于阻尼 得分 （本大题6分）求图示二端网络的戴维南等效电路。u ab=10v, R0=3Ω 得分 （本小题 5分）图示电路中 , 电流I =0，求 U S。 Us=6v 得分 b
U=4.8V 得分 （本小题 5分） 电路如图示 , 求a 、b 点对地的电压 U a 、U b 及电流 I 。 3V U a =U b =2v, I=0A. 得分 （ 本 大 题10分 ） 试用网孔分析法求解图示电路的电流 I 1 、 I 2 、 I 3 。 I 1=4A, I 2=6A, I 3=I 1-I 2=-2A 得分 （本小题 10 分 ） 用节点分析法求电压 U 。 2 2V 1 I 1
（本大题12分）试用叠加定理求解图示电路中电流源的电压。 34 6+ 4A 4A 单独作用时， u'=8/3V; 3V 单独作用时， u'='-2V; 共同作用时， u=u'+u'='2/3V 得分 （本大题 12 分）试求图示电路中R L为何值时能获得最大功率，并计算此时该电路效率 Uoc=4v,R0=2.4Ω; R L= R0=2.4Ω时，获得最大功率 Pmax，Pmax＝ 5/3W; P s=40/3W，η＝ Pmax/ P s=12.5%。 100%为多
分数: ___________ 任课教师签字：___________ 华北电力大学研究生结课作业 学年学期：2013-2014第二学期 课程名称：优化理论和最优控制 学生姓名： 学号： 提交时间：2014年4月26日
《优化理论和最优控制》结课总结 摘要：最优控制理论是现代控制理论的核心，控制理论的发展来源于控制对象的要求。尽50年来，科学技术的迅速发展，对许多被控对象，如宇宙飞船、导弹、卫星、和现代工业设备的生产过程等的性能提出了更高的要求，在许多情况下要求系统的某种性能指标为最优。这就要求人们对控制问题都必须从最优控制的角度去进行研究分析和设计。最优控制理论研究的主要问题是：根据已建立的被控对象的时域数学模型或频域数学模型，选择一个容许的控制律，使得被控对象按预定要求运行，并使某一性能指标达到最优值[1]。 关键字：最优控制理论，现代控制理论，时域数学模型，频域数学模型，控制率 Abstract： The Optimal Control Theory is the core of the Modern Control Theory，the development of control theory comes from the requires of the controlled objects.During the 50 years， the rapid development of the scientific technology puts more stricter requires forward to mang controlled objects，such as the spacecraft，the guide missile，the satellite，the productive process of modern industrial facilities，and so on，and requests some performance indexes that will be best in mang cases.To the control problem，it requests people to research ,analyse，and devise from the point of view of the Optimal Control Theory. There are mang major problems of the Optimal Control Theory studying,such as the building the time domain’s model or the frenquency domain’s model according to the controlled objects,controlling a control law with admitting, making the controlled objects to work according to the scheduled requires, and making the performance index to reseach to a best optimal value. Keywords: The Optimal Control Theroy， The Modern Control Theroy， The
最优控制 先修课程:常微分方程，最优化方法最优控制问题是具有特殊数学结构的一类最优化问题，在科学、工程和管理乃至人文领域都存在大量的最优控制问题。最优控制研究动态系统在各种约束条件下，寻求目标泛函取极值的最优控制函数与最优状态轨线的数学理论和方法，它是静态最优化在无穷维空间的扩展。希望学生通过本课程的学习，能够结合实际背景，建立最优控制的模型，理解求解最优控制的三大类基本方法的数学思想，灵活地掌握这些方法的基本过程，并能解释计算结果的意义。主要内容如下：最优控制问题及其建模；数学基础；变分法及其在最优控制的应用；极小值原理及其应用；动态规划方法及其应用；应用。 最优控制 一、课程基本信息 1.先修课程：数学系本科包括到大三的全部课程 2.面向对象：理学院数学系各专业 3.推荐教学参考书：吴沧浦，《最优控制的理论与方法》，国防工业出版社，2000 王朝珠等，《最优控制理论》，科学出版社，2003 邢继祥等，《最优控制应用基础》，科学出版社，2003 W. L. Brogan, Modern C ontrol Theor y, (3th eidition), Prentice-Hall, Englew ood C liffs,1991 二、课程的性质和任务本课程是数学与应用数学专业本科生高年级选修课程之一。从数学的角度，最优控制问题是最优化问题中具有特殊结构的一类问题。就问题的来源看，它又是控制问题。最优控制研究动态系统在各种约束条件下寻求使目标泛函取极值的最优控制函数和最优状态轨线的数学理论和方法。最优控制问题涉及范围广跨度大，几乎理工医农，管理军事乃至人文经法领域，都存在着大量此类问题。最优化已是寻求最优系统和结构，挖掘系统潜力的有力武器，学会求解最优控制问题，是应用数学工作者的最基本素养之一。通过本课程的主要任务是，从各个教学环节引导学生认识不同数学问题的特点和相应数学模型的结构，自己学会分析实际问题，建立各种数量之间的联系，写出正确的合理的最优控制的模型；领会求解最优控制问题解法是如何提出的数学思想，并学会如何根据这些思想来构成相应方法的技巧；学会能正确地解释计算结果的物理意义的能力。最根本的是学会和培养系统地、动态地、综合地考虑，认识和处理问题的思想方法和动手能力。这样，通过本课程的各个教学环节，提高学生的数学素质，加强学生开展科研工作和解决实际问题的能力。三、教学内容和要求基本要求：期望学生能够结合工程背景认识最优控制问题的数学结构的特点，从而能灵活地建立实际问题的数学模型，深刻领会求解它们的三大类方法的数学思想，熟练地掌握这些方法的运用步骤，能正确地解释求解结果的意义，并学会最优控制问题的数值解法。第一章最优控制与最优化问题 1．1 最优化问题的源和流 1．2 最优控制问题的例子和数学描述 1．3 最优控制问题求解的基本思想第二章数学基础 2．1 向量与矩阵的求导法则 2．2 函数极值的几个条件 2．3 线性微分方程的解第三章变分法 3．1 泛函的变分与极值 3．2 Euler方程 3．3 等式约束条件下泛函极值问题的必要条件 3．4 几类可用变分方法求解的最优控制问题 3．5 应用实例第四章极小值原理 4．1 极值曲线场与充分条件 4．2 有控制变量不等式约束的极小值原 理 4．3 含有状态变量不等式的极小值原理 *4．4 极小值原理的证明 4．5 极小值原理的应用实例 4．6 离散极小值原理第五章极小值原理的几类应用 5．1 时间最短最优控制问题 5．2 燃料最省最优控制问题 5．3 线性二次型最优控制问题第六章动态规划 6．1 多阶段决策问题与动态规划思想 6．2 用动态规划思想解最优化问题 6．3 离散系统最优控制问题的动态规划解法 6．4 离散线性二次型问题的动态规划解 6．5 连续系统做优控制问题的动态规划解和HJB方程 6．6 连续二次型问题的动态规划解 6．7 Riccatti方程的求解第七章最优控制的新发展 7．1 对策论和微分对策 7．2 随机最优控制四．实验（上机）内容和基本要求本课程无实验和上机的教学安排，但要求学生结合本专业的特点和所研究的课题，选择部分算法自己上机实现。要求学生熟悉至少一门数学软件平台（Mathematica/ matleb/Maple）和至少一种编程语言。教学实验就是编程解决实际问题。至少做有求解
命题人： 审批人： 试卷分类（A 卷或B 卷） A 大学 试 卷 学期： 2006 至 2007 学年度 第 1 学期 课程： 电路分析基础I 专业： 信息学院05级 班级： 姓名： 学号： (本小题5分) 求图示电路中a 、b 端的等效电阻R ab 。 1 R R ab =R 2 (本小题6分) 图示电路原已处于稳态，在t =0时开关打开， 求则()i 0+。 Ω
i(0+)=20/13=1.54A ( 本 大 题6分 ) 求图示二端网络的戴维南等效电路。 1A a b u ab =10v, R 0=3Ω (本小题5分) 图示电路中, 电流I =0，求U S 。 Us=6v
(本小题5分) 已知某二阶电路的微分方程为 d d d d 22 81210u t u t u ++= 则该电路的固有频率(特征根)为____-2________和___-6______。该电路处于___过_____阻 尼工作状态。 (本小题5分) 电路如图示, 求a 、b 点对地的电压U a 、U b 及电流I 。 U a =U b =2v, I=0A. ( 本 大 题10分 ) 试用网孔分析法求解图示电路的电流I 1、I 2、I 3。 I 1=4A, I 2=6A, I 3=I 1-I 2=-2A (本小题10分) 用节点分析法求电压U 。
U U=4.8V ( 本 大 题12分 ) 试用叠加定理求解图示电路中电流源的电压。 3V 4A 单独作用时，u ’=8/3V; 3V 单独作用时，u ’’=-2V; 共同作用时，u=u ’+u ’’=2/3V 。 十、 ( 本 大 题12分 ) 试求图示电路中L R 为何值时能获得最大功率，并计算此时该电路效率
2006级硕士生《最优化理论与方法》试题 姓名：学号：成绩： 注意：请将答案全部写在答题纸上。 1、填空题（5分） （1）最优化设计问题的三要素是、和。 （2）函数值的最大下降率的方向是函数在该点的方向。（3）线性规划问题是指的最优化问题。 2、判断题（5分） （1）黄金分割法（0.618法）的区间缩短率随问题性质的不同而改变。（2）虽然利用拉格朗日乘子法可以将约束最优化问题变成无约束最优化问题进行求解，但是要付出增加变量维数的代价。 （3）在求解约束优化设计问题时，可以将约束函数通过一定方式变为目标函数的一部分，从而将问题化为无约束问题进行求解。 （4）性态约束是在优化设计中由结构的某种性能和设计要求推导出来的一种约束条件，因此它通常为显约束。 （5）从消元法的观点看，等式约束的实质是使原最优化问题的的实际维数降低。 3、简答题（10分） （1）写出4种求解一维优化问题的主要方法。 （2）写出4种求解无约束多维最优化问题的主要方法。 （3）写出4种求解约束多维最优化问题的主要方法。 （4）写出2种用到目标函数的导数（梯度）的优化方法。
（5）写出1种用到目标函数的二次导数（Hessian 矩阵）的优化方法。 4、用单纯形法求解以下线性规划问题。（10分） ()2134x x f ??=X min s.t. 50321=++x x x 802421=++x x x 14023521=++x x x 0≥j x j = 1, 2, 3, 4 ,5 5、利用Kuhn-Tucker 条件，判断点[2,0]T 是否为下面约束问题的极值点。（10分） ()9612 221+?+=x x x F X min s.t. ()()()022 2111≤+?+=x x x g X ()012≤?=x g X ()023≤?=x g X 6、用黄金分割法求解目标函数()2 1 2??=x x f X 的极小值，用表格形式列出前四步计算过程，计算区间为[ 0, 1.2 ]。（10分） 7、简要说明A *算法。图1中起始节点S 和终止节点E 所给出的8数码问题，以离家将牌数Misplaced(n )为启发函数，用A *算法构造搜索图。（7分） ???? ? ?????=??????????=56748321 45761382E S 图1 已知8数码问题的起始布局和目标布局 8、用二进制编码的遗传算法解决如下数值优化问题。求下面优化问题的最优解： min f (x )＝x 1＋x 2＋x 3
最优控制理论的发展与展 望 Last revision on 21 December 2020
最优控制理论的发展与展望 摘要:回顾最优控制的基本思想、常用方法及其应用,并对其今后的发展方向和面临的困难提出一些看法。 关键词:最优控制:最优化技术;遗传算法;预测控制 Abstract: The basic idea, method and application of optimal control are reviewed, and the direction of its development and possible difficulties are predicted. Keywords: optimal control; optimal Technology；Genetic Algorithm；Predictive Control 1引言 最优控制理论是本世纪60年代迅速发展的现代控制理论中的主要内容之一,它研究和解决如何从一切可能的方案中寻找一个最优的方案。1948年维纳等人发表《控制论一关于动物和机器中控制与通信的科学》论文,引进信息、反馈和控制等概念,为最优控制理论诞生和发展奠定了基础。我国着名学者钱学森在1954年编着的《工程控制论》直接促进了最优控制理论的发展与形成。在最优控制理论的形成和发展过程中,具有开创性的研究成果和开辟求解最优控制问题新途径的工作,主要是美国着名学者贝尔曼的“动态规划”和原苏联着名学者庞特里亚金的“最大值原理”。此外,构成最优控制理论及现代最优化技术理论基础的代表性工作,还有库恩和图克共同推导的关于不等式约束条件下的非线性最优必要条件(库恩一图克定理)及卡尔曼的关于随机控制系统最优滤波器等口 2最优控制理论的几个重要内容 最优控制理论的基本思想 最优控制理论是现代控制理论中的核心内容之一。其主要实质是:在满足一定约束条件下,寻求最优控制规律(或控制策略),使得系统在规定的性能指标(目标函数)下具有最优值,即寻找一个容许的控制规律使动态系统(受控对象、从初始状态转移到某种要求的终端状态,保证所规足的性能指标达到最小(大)值。
电路原理—2 一、单项选择题（每小题2分，共40分）从每小题的四个备选答案中，选出 一个正确答案，并将正确答案的号码填入题干的括号内。 1.图示电路中电流 s i等于（） 1) 1.5 A 2) -1.5A 3) 3A 4) -3A 2.图示电路中电流I等于（） 1)2A 2)-2A 3)3A 4)-3A 3.图示直流稳态电路中电压U等于（） 1)12V 2)-12V 3)10V S i Ω 2 A i1 = 16 Ω 6Ω 2 Ω 2 V 12 Ω 3 Ω 2
4) -10V 4. 图示电路中电压U 等于（ ） 1) 2V 2) -2V 3) 6V 4) -6V 5. 图示电路中5V 电压源发出的功率P 等于（ ） 1) 15W 2) -15W 3) 30W 4) -30W 6. 图示电路中负载电阻L R 获得的最大功率为（ ） 1) 2W 2) 4W 3) 8W 4) 16W V 6A 3+- V 55.0 2L
7. 图示单口网络的输入电阻等于（ ） 1) 3Ω 2) 4Ω 3) 6Ω 4) 12Ω 8. 图示单口网络的等效电阻ab R 等于（ ） 1) 2Ω 2) 3Ω 3) 4Ω 4) 6Ω 9. 图示电路中开关闭合后电容的稳态电压()∞c u 等于（ ） 1) -2V 2) 2V 3) -5V 4) 8V S 2.0 S a b Ω 3Ω :a b
10. 图示电路的开关闭合后的时间常数等于（ ） 1) 0.5s 2) 1s 3) 2s 4) 4s 11. 图示电路在开关闭合后电流()t i 等于（ ） 1) 3t e 5.0- A 2) 3(t e 31--) A 3) 3(t e 21--) A 4) 3(t e 5.01--) A 12. 图示正弦电流电路中电流()t i 等于（ ） 1) 2)1.532cos( +t A 2) 2)1.532cos( -t A 3) 2)9.362cos( +t A 4) 2)9.362cos( -t A 13. 图示正弦电流电路中电流()t i R 的有效值等于（ U V t t u S )2cos(10)( =L i ?H 2H 26
最优化方法与最优控制复习文件 1. 非线性优化的基本概念，最优解的一阶和二阶条件，最速下降方法，拟牛顿法情况，BFGS 修正。 2. 变分问题的最优必要性条件推导，各种情况下的必要性条件，Hamilton 函数、拉格让日 函数。PPT 中讲到的最优控制实例，包括求解过程需要掌握。 3. 极大值原理搞清楚，以及PPT 中的计算实例。 4. 动态规划，原理和简单的求解技术。 5. LQR 问题也要看一下。 除此之外，还有几个作业题目大家做一下，如下所示： 1. 非线性优化中，从直观考虑最速下降法是一种最快速的迭代优化方法，实际过程中为什 么不理想？为什么采用二阶方法？二阶方法中的二阶导数矩阵怎么得到的？有什么要求？ （15分） 2. 对于函数形式为 的优化问题，若采用最速下降法求解，请给出最优搜索方向p k 的表达式。变量初值为X0=[1,1,1]T ，请写出第一步迭代过程，以及得到的X1的关于搜索步长α0表达式，在这种情况下，使得))0()0((F 0p x α+最小的搜索步长α0应该等于多少？（15分） 3. 题目要求如下，采用动态规划方法寻求从A 点到B 点的最小时间路径（A 到B 仅能向前 走），（20分） 4. 对于以下简单的标量非线性系统，请通过求解相关HJB 方程得到其最优反馈控制策略。 提示，HJB 微分方程允许如此形式的解。
5.写出如下优化控制问题的Hamiltonian 函数、优化求解的必须性条件，并通过必要性条 件的求解计算出该优化控制和状态轨线。最小化目标函数 6.根据你对优化控制求解方法的了解，目前对于优化控制问题（或者成为动态优化问题， DAOPs问题）有哪些求解方法， 7.
18、一个电热器，接在 10V 的直流电源上，产生的功率为P 。把它改 接在正弦交流电源上，使其 一、单项选择题 1、当电路中电流的参考方向与电流的真实方向相反时，该电流（ B ） C 、不能肯定是正值或负值 电路期末考试试题 综合篇 2、已知空间有 a 、b 两点，电压 U ab =10V , a 点电位为 V a =4V ，贝U b 点电位V b 为（B ） A 、6V 3、当电阻 B 、一 6V R 上的u 、i 参考方向为非关联时, Ri 4、一电阻 B 、u Ri i 参考方向不一致，令 C 、14V 欧姆定律的表达式应为（ Ri | C 、 U u = — 10V ，消耗功率为0.5W ，则电阻R 为（A ） A 、 200Q B 、一 200 Q C 、± 200Q 5、两个电阻串联, R i ： R 2=1 : 2，总电压为 60V ，贝U U i 的大小为（B ） A 、10V B 、20V C 、30V 6、已知接成 Y 形的三个电阻都是 A 、全是 10Q B 、两个 30 Q ，则等效△形的三个电阻阻值为（ C ） 30Q 一个 90Q C 、全是 90Q 7、电阻是（ A 、储存电场能量 C ）兀件，电感是（ B 、储存磁场能量 B ）的元件，电容是（ C 、耗能 A ）的元件。 8、一个输出电压几乎不变的设备有载运行，当负载增大时，是指 （ A 、负载电阻增大 B 、负载电阻减小 C 、电源输出的电流增大 9、理想电压源和理想电流源间（ B ） A 、有等效变换关系 B 、没有等效变换关系 C 、有条件下的等效关系 10、 当恒流源开路时，该恒流源内部（ B ） A 、有电流，有功率损耗 B 、无电流，无功率损耗 11、 叠加定理只适用于（ C ） A 、交流电路 B 、直流电路 C 、线性电路 12、 自动满足基尔霍夫第一定律的电路求解法是（ C 、有电流，无功率损耗 A 、支路电流法 B 、回路电流法 C 、结点电压法 13、自动满足基尔霍夫第二定律的电路求解法是（ A 、支路电流法 B 、回路电流法 C 、结点电压法 14、必须设立电路参考点后才能求解电路的方法是（ A 、支路电流法 B 、回路电流法 C 、结点电压法 15、只适应于线性电路求解的方法是（ B 、戴维南定理 A 、弥尔曼定理 C 、叠加定理 16、在正弦交流电路中，电感元件的瞬时值伏安关系可表达为（ A 、u iX L B 、u = ji w L C 、 U C ） dt 17、已知工频电压有效值和初始值均为 380V ，则该电压的瞬时值表达式为（ A 、 u 380 sin 314t V 380 sin( 314t 537 sin( 314t 45 ) V 90 ) V 定为正值 定为负值
最优控制的应用概述 1.引言 最优控制是现代控制理论的重要组成部分，它研究的主要问题是：在满足一定约束条件下，寻求最优控制策略，使得性能指标取极大值或极小值。最优控制是使控制系统的性能指标实现最优化的基本条件和综合方法。可概括为：对一个受控的动力学系统或运动过程，从一类允许的控制方案中找出一个最优的控制方案，使系统的运动在由某个初始状态转移到指定的目标状态的同时，其性能指标值为最优。最优控制是最优化方法的一个应用。从数学意义上说，最优化方法是一种求极值的方法，即在一组约束为等式或不等式的条件下，使系统的目标函数达到极值，即最大值或最小值。从经济意义上说，是在一定的人力、物力和财力资源条件下，是经济效果达到最大（如产值、利润），或者在完成规定的生产或经济任务下，使投入的人力、物力和财力等资源为最少。 最优控制理论是研究和解决从一切可能的控制方案中寻找最优解的一门学科，基本内容和常用方法包括动态规划、最大值原理和变分法。这方面的开创性工作主要是由贝尔曼（R.E.Bellman）提出的“动态规划”和庞特里亚金等人提出的“极大值原理”，到了60年代，卡尔曼（Kalman）等人又提出了可控制性及可观测性概念，建立了最优估计理论。这方面的先期工作应该追溯到维纳（N.Wiener）等人奠基的控制论（Cybernetics）。最优控制理论的实现离不开最优化技术。控制系统最优化问题，包括性能指标的合理选择以及最优化控制系统的设计，而性能指标在很大程度上决定了最优控制性能和最优控制形式。最优化技术就是研究和解决最优化问题，主要包括两个需要研究和解决的方面：一个是如何将最优化问题表示为数学模型；另一个是如何根据数学模型尽快求出其最优解。 2.最优控制问题 所谓最优控制问题，就是指 在给定条件下，对给定系统确定 一种控制规律，使该系统能在规 定的性能指标下具有最优值。也 就是说最优控制就是要寻找容 许的控制作用（规律）使动态系 统（受控系统）从初始状态转移 到某种要求的终端状态，且保证 所规定的性能指标（目标函数）图1 最优控制问题示意图 达到最大（小）值。 最优控制问题的示意图如图1所示。其本质乃是一变分学问题。经典变分理论只能解决一类简单的最优控制问题。为满足工程实践的需要，20世纪50年代中期，出现了现代变分理论。最常用的方法就是极大值原理和动态规划。最优控制在被控对象参数已知的情况下，已成为设计复杂系统的有效方法之一。
最优化理论 一、最优化理论概述 优化是从处理各种事物的一切可能的方案中，寻求最优的方案。优化的原理与方法，在科学的、工程的和社会的实际问题中的应用，便是优化问题。优化一语来自英文Optimization，其本意是寻优的过程；优化过程：是寻找约束空间下给定函数取极大值（以max表示)或极小(以min表示)的过程。优化方法也称数学规划，是用科学方法和手段进行决策及确定最优解的数学。在生产过程、科学实验以及日常生活中，人们总希望用最少的人力、物力、财力和时间去办更多的事，获得最大的效益，在管理学中被看作是生产者的利润最大化和消费者的效用最大化，如果从数学的角度来看就被看作是“最优化问题”。在最优化的研究生教学中我们所说的最优化问题一般是在某些特定的“约束条件”下寻找某个“目标函数”的最大(或最小)值，其解法称为最优化方法。 最优化方法的主要研究对象是各种有组织系统的管理问题及其生产经营活动。最优化方法的目的在于针对所研究的系统，求得一个合理运用人力、物力和财力的最佳方案，发挥和提高系统的效能及效益，最终达到系统的最优目标。实践表明，随着科学技术的日益进步和生产经营的日益发展，最优化方法已成为现代管理科学的重要理论基础和不可缺少的方法，被人们广泛地应用到公共管理、经济管理、工程建设、国防等各个领域，发挥着越来越重要的作用。从数学意义上说，最优化方法是一种求极值的方法，即在一组约束为等式或不等式的条件下，使系统的目标函数达到极值，即最大值或最小值。从经济意义上说，是在一定的人力、物力和财力资源条件下，使经济效果达到最大（如产值、利润），或者在完成规定的生产或经济任务下，使投入的人力、物力和财力等资源为最少。 最优化理论与方法作为一个重要的数学分支，它所研究的就是在众多的方案中怎么能找到最优、最好的方案。由于科学技术与生产技术的迅速发展，尤其是计算机应用的不断扩大，使最优化问题的研究不仅成为了一种迫切的需要，而且有了求解的有力工具，因此，发展成了一种新的科学。最优化理论与方法，狭义的主要指非线性规划的相关内容，而广义的则涵盖：连续优化：包括线性规划、非线性规划、全局优化、锥优化等；离散优化：网络优化、组合优化等；和近年来发展迅速的智能优化等。 一般而言，最优化问题的求解方法大致可分为4类：1)解析法：对于目标函数及约束条件具有简单而明确的数学表达式的最优化问题，一般都可采用解析法。在解决实际问题时，由于描述实际问题的解析形式的数学表达式很难找到，因此，这种表达式则缺