二級倒立擺控制方法研究.pdf

1、二級倒立擺能有效地反映諸如隨動性、魯棒性、跟蹤性能以及可鎮(zhèn)定性等許多自動控制領(lǐng)域中的關(guān)鍵問題,通過倒立擺來檢驗(yàn)控制方法對不穩(wěn)定性、非線性和快速性系統(tǒng)的處理能力成為控制領(lǐng)域?qū)W者經(jīng)常使用的方法。對倒立擺的控制方法也在軍事、航天、機(jī)器人等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
　　 本文闡述了倒立擺控制系統(tǒng)的研究背景和發(fā)展現(xiàn)狀。應(yīng)用拉格朗同函數(shù)建立了二級倒立擺控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型(狀態(tài)方程)的建立,并利用現(xiàn)代控制理論分析二級倒立擺系統(tǒng)的可控性、能觀性和穩(wěn)

2、定性,同時(shí)確定了二級倒立擺控制條件。研究了極點(diǎn)配置控制方法,完成了二級倒立擺極點(diǎn)配置控制方法的實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了二級倒立擺實(shí)時(shí)控制。在此基礎(chǔ)上采用了單純形優(yōu)化算法和ITAE(Integrated Time& Absolute Error)性能指標(biāo),對極點(diǎn)配置方法求得的控制器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,設(shè)計(jì)了對于任意選取極點(diǎn)的配置方法參數(shù)優(yōu)化的計(jì)算機(jī)程序,簡化了控制器參數(shù)求取過程,極大地提高了參數(shù)求取的效率,并對所求得的參數(shù)進(jìn)行了控制實(shí)驗(yàn),說明了優(yōu)化算法的有

3、效性。針對二級倒立擺系統(tǒng)還研究了滑模變結(jié)構(gòu)控制方法,并對滑模變結(jié)構(gòu)控制算法中的控制器參數(shù)采用與極點(diǎn)配置算法相同的性能指標(biāo)和優(yōu)化算法進(jìn)行優(yōu)化,也取得明顯的優(yōu)化效果,設(shè)計(jì)了任意選取的滑模變結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的計(jì)算機(jī)程序,實(shí)現(xiàn)了控制器參數(shù)自動求取,并對所求得的參數(shù)進(jìn)行了控制實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)表明所采用的優(yōu)化方法對變結(jié)構(gòu)控制同樣有效。
　　 仿真和實(shí)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,本文所闡述的控制器參數(shù)求取方法是獲得倒立擺系統(tǒng)控制器參數(shù)的一種有效方法,此方法可以推廣