環(huán)形單級(jí)倒立擺的穩(wěn)定控制研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、倒立擺系統(tǒng)的研究,既可以直觀地表現(xiàn)許多抽象的控制概念,解決控制領(lǐng)域中的一些典型問(wèn)題,檢驗(yàn)?zāi)撤N控制方法或控制理論是否有解決非線性和不穩(wěn)定性問(wèn)題的能力,其研究成果又可以應(yīng)用于機(jī)器人、軍工、航天科技及一般工業(yè)過(guò)程等諸多領(lǐng)域,具有重要的理論和工程價(jià)值。本文針對(duì)目前倒立擺控制研究中,仿真控制多、實(shí)時(shí)控制少,直線型倒立擺研究較多,環(huán)形倒立擺控制研究少等現(xiàn)狀,以環(huán)形倒立擺體系為研究對(duì)象,分別利用滑模變結(jié)構(gòu)控制理論和線性二次型性能指標(biāo)的最優(yōu)控制理論,對(duì)

2、環(huán)形單級(jí)倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)時(shí)控制研究。
　　1、環(huán)形單級(jí)倒立擺的結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)建模和性能分析。首先對(duì)環(huán)形單級(jí)倒立擺體系的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了分析,在此基礎(chǔ)上,采用拉格朗日方法,推導(dǎo)出了環(huán)形單級(jí)倒立擺的數(shù)學(xué)模型。接著對(duì)環(huán)形倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行了穩(wěn)定性和能控性分析,結(jié)果表明:系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定系統(tǒng),且系統(tǒng)完全能控。
　　2、基于滑模變結(jié)構(gòu)控制器的環(huán)形單級(jí)倒立擺穩(wěn)定控制及實(shí)現(xiàn)。在對(duì)環(huán)形單級(jí)倒立擺系統(tǒng)的等效控制和滑模運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性分析基礎(chǔ)上,進(jìn)行

3、環(huán)形單級(jí)倒立擺系統(tǒng)滑?？刂破髟O(shè)計(jì)和環(huán)形單級(jí)倒立擺的滑模變結(jié)構(gòu)控制實(shí)時(shí)控制。在Matlab/simulink中搭建出環(huán)形單級(jí)倒立擺的系統(tǒng)模型,并將其封裝,確定了優(yōu)化參數(shù),此時(shí)連桿的運(yùn)動(dòng)非常平穩(wěn),擺桿成功起擺,但穩(wěn)定時(shí)間不長(zhǎng)。
　　3、基于LQR的環(huán)形單級(jí)倒立擺最優(yōu)控制及實(shí)現(xiàn)。首先進(jìn)行了LQR控制器的設(shè)計(jì),并利用粒子群優(yōu)化算法確定最優(yōu)加權(quán)矩陣Q和R和相應(yīng)的最優(yōu)反饋增益矩陣K;并以該最優(yōu)加權(quán)矩陣Q和R為參數(shù)開(kāi)展了基于LQR的環(huán)形單級(jí)倒立