倒立擺系統(tǒng)的控制研究.pdf

1、倒立擺是聯(lián)結(jié)在小車上的桿，通過小車的運(yùn)動能保持豎立不倒的一種裝置，它是一個典型的非線性、快速、多變量和自然不穩(wěn)定系統(tǒng)，但是我們可以通過對它施加一定的控制使其穩(wěn)定。對它的研究在理論上和方法上都有其重要意義。倒立擺的研究不僅要追求增加擺的級數(shù)，而且更重要的是如何發(fā)展現(xiàn)有的控制方法。同時, 它和火箭的姿態(tài)控制以及步行機(jī)器人的穩(wěn)定控制有很多相似之處，由此研究產(chǎn)生的理論和方法對一般工業(yè)過程也有廣泛用途。 本文在參考大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，綜述了

2、倒立擺的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對應(yīng)用于倒立擺的各種控制理論作了簡要的介紹；研究了倒立擺的控制機(jī)理，用Lagrange 方法推導(dǎo)了一、二級倒立擺的數(shù)學(xué)模型，這為研究多級和其它類型的倒立擺甚至更高層次的控制策略奠定了一個良好的基礎(chǔ)。對系統(tǒng)進(jìn)行了穩(wěn)定性、可控性分析，得出倒立擺系統(tǒng)是一個開環(huán)不穩(wěn)定但可控的系統(tǒng)的結(jié)論。 本文主要研究用極點(diǎn)配置、最優(yōu)控制和模糊控制方法對倒立擺進(jìn)行穩(wěn)定控制。最優(yōu)控制方法是基于狀態(tài)反饋，但能實(shí)現(xiàn)輸出指標(biāo)最優(yōu)的一種控制

3、方法，方法和參數(shù)調(diào)節(jié)較簡單，有著廣泛的應(yīng)用。模糊控制有不依賴于數(shù)學(xué)模型、適用于非線性系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)，所以本文嘗試了用模糊控制對倒立擺進(jìn)行控制，以將先進(jìn)的控制方法用于實(shí)際中。同時，對倒立擺系統(tǒng)的研究也將遵循從建模到仿真到實(shí)控，軟硬件結(jié)合的系統(tǒng)的控制流程。在這過程中，借助數(shù)學(xué)工具M(jìn)atlab6.5及仿真軟件Simulink，作了大量的仿真研究工作，仿真結(jié)果表明系統(tǒng)能跟蹤輸入，并具有較好的抗干擾性。最后對實(shí)驗(yàn)室的倒立擺裝置進(jìn)行了軟、硬件的調(diào)試，用