直線電機倒立擺系統(tǒng)的建模與穩(wěn)定控制研究.pdf

1、倒立擺作為一個典型不穩(wěn)定的非線性系統(tǒng),具有結構簡單,成本低,便于用各種方法進行控制的特點,許多抽象的控制概念都可以通過倒立擺直觀的表現出來。因此倒立擺系統(tǒng)常被人們作為被控制對象,來檢驗各種控制方法的優(yōu)劣,并不斷開發(fā)出新的控制理論與控制方法,相關的成果在航空航天和機器人方面都得到了廣泛的應用。本論文利用微納公司所提供的倒立擺實驗設備平臺,對一級直線倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)定控制問題進行研究,主要研究成果如下:
　　(1)在深入研究倒立擺系統(tǒng)結

2、構原理的基礎上,借鑒國內外該領域最新研究成果,對倒立擺系統(tǒng)進行了建模和特性分析。首先利用動力學方程和拉格朗日方程建立一級倒立擺的數學模型,推導出其傳遞函數以及狀態(tài)空間方程,并分析該對象的能控性、能觀性以及頻域響應特性,從而證明系統(tǒng)在開環(huán)狀態(tài)是不穩(wěn)定的,但是在平衡點處是能控且能觀測的。
　　(2)根據“擺桿不倒,電機穩(wěn)住”的原則,結合擺桿角度變化較小和易調節(jié)的特點,采用首先調節(jié)擺桿角度,然后再進行小車位置控制的方法,設計基于直線電機

3、驅動的一級倒立擺系統(tǒng)的模糊控制、T-S模糊控制及網絡化控制算法,并在此基礎上引申至柔性連接倒立擺系統(tǒng)的控制中,設計其三重PD控制器和網絡化控制系統(tǒng)。最后利用Matlab/Simulnik進行離線仿真試驗,得到的仿真結果表明,控制方案可以取得良好的控制效果。
　　(3)離線仿真完成后,利用微納公司所提供的仿真平臺,將離線仿真和在線實時控制結合起來進行半實物仿真實驗。把Simulink模型框圖作為系統(tǒng)的控制前臺,集中精力于控制器結構設