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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:徐炎廷
研究生(外文):Yen-Ting Hsu
論文名稱:線性平方最佳控制系統在時域及頻域之設計
論文名稱(外文):Linear Quadratic Optimal Control Systems Designed in the Time Domain and Frequency Domain
指導教授:莊堯棠
指導教授(外文):Yau-Tarng Juang
學位類別:博士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:電機工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1995
畢業學年度:83
語文別:中文
論文頁數:199
中文關鍵詞:回差等式輸入信號等式前回授干擾等式
外文關鍵詞:Return Difference EqualityInput Signal EqualityFeedforward
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線性平方最佳控制系統在時域及頻域上各自發展了一套設計方法,在頻域
上可以維納(Wiener)最小平方法(WLS)為代表,在時域上則以線性平方調
節法(LQR)為代表,此兩種方法發展的基礎與背景大不相同,系統架構及
表示法亦各異。直到1970年,馬克法蘭(MacFarlane)推導出回差等式(
return difference equality)後,首次將頻域及時域的設計法結合在一
起,亦即在時域與頻域設計法間架起一座橋,使時域設計法獲得頻域設計
法的解釋。本論文的主要目的即是在繼續馬克法蘭的工作,對於線性平方
最佳控制在頻域及時域上之設計關係做一澈底的探討。首先吾人以輸入信
號等式配合回差等式,推導出時域及頻域線性平方最佳設計在單變數模式
跟隨系統中具等效性。其次推導出前回授干擾等式,將此種等效性推廣到
有負載干擾之單變數模式跟隨系統,同時說明狀態回授最佳增益與頻域設
計之關係。接著運用此種結果去整合頻響整型系統在頻域及時域之設計,
從而發現加權濾波器與加權函數之關係,如此可為加權濾波器之選擇提供
一個頻域之解釋。然後吾人介紹一種廣義的系統描述法,以解決多變數系
統問題,運用此種描述法將時域及頻域線性平方最佳控制之等效性推廣到
多變數系統,並對多變數模式跟隨系統之維納控制器提出一個簡捷有效的
時域設計法。最後吾人提出一個雙自由度LQR 設計法,此法亦可應用於最
佳QFT 或EDA 設計,在每一個階段,均舉例印證理論之正確性。
Linear quadratic optimal control systems can be designed in the
time domain and in the frequency domain. In the time domain
approach, the optimization is based on the solution of an LQR
problem; while in the frequency domain approach, the problem
becomes Wiener''s least square (WLS) procedure. These two
procedures are developed with different system structure and
system description. Till 1970, the return difference equality
is derived by MacFarlane, the optimal design between the time
domain approach and the frequency domain approach is proved to
be equivalent for a regulating problem. The main purpose of
this paper is to continue this work, A complete discussion
between the time domain and the frequency domain approach of
optimal system is made in this paper. Input signal equality is
derived in this paper first. To- gether with the return
difference equality, the equivalence between the time domain
and frequency domain approach of model following system is
derived. Next, we derive the feedforward disturbance equality,
and the equivalent problem is extended to the model following
system with output disturbance. The same problem for the
frequcncy shaped system is discussed, and the relation between
the weighting filter and the weighting function is found. In
order to extend this idea to multivari- able systems, we
introduce a generalized system description. With the
generalized system description the equivalent problem of MIMO
system is discussed. Moreover, a time domain approach to Wiener
filter design is proposed. Finally, this concept is applied to
the two degree of freedom LQR design, and the optimal QFT or
EDA design procedure is generated. Examples are given in every
cases.
封面
摘要
目錄
參考資料
附錄
圖目錄
附件
第一章 緒論
第二章 模式跟隨系統在頻域及時域設計上之等效性
2.1 概述
2.2 問題描述
2.3 模式跟隨系統在頻域及時域設計上之等效性
2.4 範例
2.5 結語
第三章 線性平方最佳設計在頻域及時域之關係
3.1 概述
3.2 問題描述
3.2.1 MFSOD在頻域之設計
3.2.2 MFSOD在時域之設計
3.3 MFSOD 在頻域及時域設計上之相關性
3.4 範例
3.5 結語
第四章 頻響整型系統在時域及頻域上之設計
4.1 概述
4.2 問題描述
4.3 頻響整型系統在時域及頻域設計上之等效性
4.4 範例
4.5 結語
第五章 多變數線性平方最佳控制系統在時域及頻域之設計
5.1 概述
5.2 問題描述
5.3 古典控制的解釋
5.3.1 新的系統描述
5.3.2 最佳控制在時域及頻域設計上之等效性
5.4 設計步驟與範例
5.4.1 設計步驟
5.4.2 範例
5.5 結語
第六章 多變數模式跟隨系統維納最佳控制器之時域設計法
6.1 概述
6.2 問題描述
6.3 時域設計之頻域解釋
6.3.1 時域之最佳設計
6.3.2 時域設計法之頻解釋
6.4 設計步驟與範例
6.4.1 設計步驟
6.4.2 範例
6.5 結語
第七章 應用
7.1 概述
7.2 雙自由度LQR控制系統設計
7.2.1 雙自由度LQR控制系統設計步驟
7.2.2 範例 7.1
7.3 最佳QFT 或EDA 設計
7.3.1 範例 7.2
7.4 結語
第八章 結論
參考資料
附錄
附錄A 證明引理 2.1
附錄B 證明引理 2.2
附錄C 證明引理 3.2
附錄D 證明引理 3.3
附錄E 證明定理 3.1
附錄F 證明引理 4.1
附錄G 證明引理 4.2
附錄H 證明引理 5.1
附錄I 證明引理 5.2
附錄J 證明定理 5.1
其他
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