LQG制御…Homework
[1] 次のようなオブザーバベース・コントローラによる閉ループ系を考えます。ここで,新しい入力とがそれぞれとの平方根行列(に対しを満足する行列をで表す)により重み付けられて,次系の入力側(を介して)と出力側に設置されています。また新しい出力と入力が取り出されており,それぞれとの平方根行列により重み付けられています。
図1 LQG制御系設計の枠組み
可制御かつ可観測な制御対象
を安定化するオブザーバベース・コントローラ
を2次形式評価関数
を最小にするように、とを決定する問題を考えます。これらは
を満足するとを用いて、次のように与えられます。
このような制御方式をLQG制御と呼びます。
[2] 上の安定な閉ループ系は次式で表されます。
これに座標変換
を行うと
となります。このとき閉ループ系のインパルス応答は次式で与えられます。
●に対して、評価関数の総和は次式で与えられます。
ここでは次式を満足します。
ラグランジュの未定定数法を適用するために、次の評価関数を考えます。
これを最小化する場合の必要条件は、次式となります。
以下では、次の分割を考えます。
[3] の場合について、必要条件を一つ一つ調べていきます。
●
において
を代入して、次を得ます。
(22)+(23)より
(23)より
(21)+(22)より
●
において
を代入して、次を得ます。
(33)-(34)より
(34)より
(32)-(33)より
●準備1
(1)
●準備2
●準備3
●準備4
●
●
補遺 上述の議論では、次についての検討が必要です。
検討事項1 (13)の妥当性
検討事項2 (24),(35)における仮定の妥当性
検討事項3 の場合の導出
検討事項4 十分性の証明