基于粒子群優(yōu)化的二級倒立擺控制研究.pdf

1、倒立擺系統(tǒng)是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合、自然不穩(wěn)定的高階非線性系統(tǒng),研究它的控制設(shè)計(jì)具有很大的意義。一方面可以反映許多控制理論中的經(jīng)典問題,如系統(tǒng)魯棒性問題、鎮(zhèn)定問題、跟蹤問題;另一方面對于軍事工業(yè)、航天儀器、機(jī)器人領(lǐng)域和一般工業(yè)進(jìn)程也有著很高的理論指導(dǎo)意義,是控制理論與實(shí)際應(yīng)用的橋梁;倒立擺系統(tǒng)作為檢驗(yàn)各種控制算法和控制理論的典型實(shí)驗(yàn)裝置,為檢驗(yàn)控制器設(shè)計(jì)方法的有效性做了重要貢獻(xiàn)。
　　本文以直線二級倒立擺系統(tǒng)為研究對象,將粒子群算法應(yīng)

2、用到傳統(tǒng)控制理論和智能控制理論當(dāng)中,設(shè)計(jì)了基于粒子群優(yōu)化的二級倒立擺LQR最優(yōu)控制器和基于粒子群優(yōu)化的二級倒立擺模糊控制器,并對倒立擺實(shí)物系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)時(shí)控制。具體研究內(nèi)容如下:
　　1)介紹倒立擺系統(tǒng)的研究背景和研究現(xiàn)狀,運(yùn)用拉格朗日方程建立二級倒立擺系統(tǒng)的數(shù)學(xué)機(jī)理模型,并在平衡點(diǎn)附近進(jìn)行線性化處理得到其狀態(tài)空間方程,運(yùn)用線性控制理論對其進(jìn)行定性分析,證明了直線二級倒立擺系統(tǒng)的自然不穩(wěn)定性和平衡位置附近的能控能觀性。
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3、)介紹LQR最優(yōu)控制和粒子群算法的基本原理。利用粒子群算法所具有的智能式搜索、漸進(jìn)式優(yōu)化,快速收斂等特點(diǎn),獲取Q、 R的全局最優(yōu)解,從而設(shè)計(jì)狀態(tài)反饋控制律K,實(shí)現(xiàn)基于粒子群算法優(yōu)化的二級倒立擺 LQR控制器設(shè)計(jì),并仿真驗(yàn)證了控制方法的有效性。
　　3)利用LQR控制器設(shè)計(jì)的狀態(tài)反饋控制率K,設(shè)計(jì)信息融合函數(shù),將系統(tǒng)輸入變量降維,然后將粒子群算法的強(qiáng)大優(yōu)化功能應(yīng)用到比例因子和加權(quán)因子的選取當(dāng)中,實(shí)現(xiàn)了基于粒子群優(yōu)化的二級倒立擺模糊控