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文檔簡介
1、倒立擺系統(tǒng)具有非線性、多變量、強耦合和自然不穩(wěn)定的特點,是控制領(lǐng)域的理想實驗平臺。對倒立擺進行穩(wěn)定控制,能有效地反映出非線性、魯棒性、隨動性、鎮(zhèn)定性以及跟蹤性等許多控制過程中的關(guān)鍵問題。本文重點研究直線二級倒立擺系統(tǒng)優(yōu)化建模與自適應(yīng)云模型PID控制。
首先,本文分析了倒立擺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點,利用拉格朗日方程建立了直線二級倒立擺的非線性數(shù)學(xué)模型,并在平衡位置附近進行線性化處理。利用現(xiàn)代控制理論對線性模型進行了定性分析,證明了直線
2、二級倒立擺系統(tǒng)在平衡位置附近是自然不穩(wěn)定的系統(tǒng),但是完全可觀可控。
其次,針對倒立擺系統(tǒng)多輸出的特點,基于信息融合思想,本文利用LQR算法設(shè)計狀態(tài)反饋矩陣構(gòu)建融合函數(shù),實現(xiàn)了原系統(tǒng)的6個狀態(tài)變量簡化成綜合誤差和綜合誤差變化率2個變量,達到了降維的目的。在LQR算法的應(yīng)用過程中,結(jié)合了遺傳算法對最優(yōu)加權(quán)陣Q和R進行尋優(yōu),簡化了反饋矩陣設(shè)計過程,有利于提升控制系統(tǒng)的快速性和魯棒性。
最后,根據(jù)云模型理論,結(jié)合傳統(tǒng)PID控
3、制思想,提出了基于云規(guī)則推理的PID控制器的設(shè)計方法,并應(yīng)用于直線二級倒立擺控制系統(tǒng)。該方法將云模型作為定性與定量的轉(zhuǎn)換工具,把人的控制經(jīng)驗整合到規(guī)則庫中進行云推理。云規(guī)則推理以融合所得的綜合誤差和綜合誤差變化率作為輸入,推理輸出值自適應(yīng)調(diào)整PID控制參數(shù)。仿真結(jié)果表明所設(shè)計的云模型PID控制器對直線二級倒立擺的控制效果優(yōu)于普通PID控制,具有良好的自適應(yīng)能力,控制系統(tǒng)的動態(tài)性能和魯棒性都有顯著提升。云模型理論的應(yīng)用也為智能控制系統(tǒng)中處
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