環(huán)形倒立擺控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、倒立擺系統(tǒng)是一個高度復(fù)雜的非線性系統(tǒng),其特性包含開環(huán)不穩(wěn)定性、耦合性以不確定性等。倒立擺的控制研究最早起始于二十世紀(jì)50年代,MIT控制領(lǐng)域的專家通過火箭飛行推進器的原理研制出第一臺單級倒立擺實驗裝置。隨著控制領(lǐng)域研究的不斷深入,新的控制方法也隨之出現(xiàn)。倒立擺系統(tǒng)模型為自動化控制理論在教育教學(xué)、應(yīng)用實踐以及科學(xué)研究等方面提供了很好的科研平臺,促進了控制理論的發(fā)展,同時也在一般工業(yè)中呈現(xiàn)出良好的發(fā)展應(yīng)用前景。
　　本論文通過對環(huán)形一

2、級倒立擺以及環(huán)形二級倒立擺穩(wěn)擺控制器部分的分析和研究,實現(xiàn)了各系統(tǒng)教學(xué)模型的穩(wěn)定控制;而且通過運用系統(tǒng)能量控制方法,設(shè)計和研究了環(huán)形倒立擺基于能量控制理論的自動擺起控制器,完成了對環(huán)形倒立擺系統(tǒng)的擺桿自動擺起過程的控制,并取得良好的實驗效果。本文還實現(xiàn)了對倒立擺系統(tǒng)的實驗仿真模型的起擺與穩(wěn)擺控制,證明了本論文所設(shè)計和研究的穩(wěn)擺控制器與起擺控制器都擁有良好的控制效果。本文的主要研究工作是:
　　首先,對環(huán)形一級倒立擺與環(huán)形二級倒立擺

3、的系統(tǒng)特性作了詳細(xì)的分析和研究,并通過理論分析,構(gòu)建了各系統(tǒng)相應(yīng)的數(shù)學(xué)仿真模型;通過對倒立擺的性能分析,證明了環(huán)形一級與環(huán)形二級倒立擺系統(tǒng)模型都具有開環(huán)不穩(wěn)定性。此外,通過對各個系統(tǒng)模型相對可控性的對比和研究,得出了二級倒立擺系統(tǒng)比一級倒立擺系統(tǒng)更加難以控制的研究結(jié)果。
　　其次,完成了對環(huán)形一級倒立擺與環(huán)形二級倒立擺在平衡點的穩(wěn)定性控制方面的研究,其中有極點配置法、LQR控制法和模糊控制法三種,并成功實現(xiàn)了對實物倒立擺仿真模型的

4、穩(wěn)定性控制,取得了良好的控制效果。本文還把環(huán)形倒立擺系統(tǒng)的三種控制方法分別在 MATLAB的Simulink中進行了實驗仿真,根據(jù)仿真結(jié)果的對比分析了三種控制方法的控制效果以及各控制方法的優(yōu)缺點。
　　最后,本文完成了對環(huán)形倒立擺系統(tǒng)的起擺控制方面的研究和設(shè)計,完成了環(huán)形一級倒立擺起擺控制程序的設(shè)計,并在 MATLAB中結(jié)合 LQR穩(wěn)擺控制進行了環(huán)形倒立擺實物起擺控制實驗。通過實驗結(jié)果的對比和驗證,成功的實現(xiàn)了環(huán)形單級倒立擺系統(tǒng)的