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(guò)小車的運(yùn)動(dòng)能保持豎立不倒的一種裝置，它是一個(gè)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(guò)對(duì)它施加一定的控制使其穩(wěn)定。對(duì)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(jí)數(shù)，而且更重要的是如何發(fā)展現(xiàn)有的控制方法。同時(shí), 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(duì)一般工業(yè)過(guò)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對(duì)應(yīng)用于倒立擺的各種控制理論作了簡(jiǎn)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(jí)倒立擺的數(shù)學(xué)模型，這為研究多級(jí)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(gè)良好的基礎(chǔ)。對(duì)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(gè)開(kāi)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(duì)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(jiǎn)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(duì)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(shí)，對(duì)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(guò)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(duì)實(shí)驗(yàn)室的倒立擺裝置進(jìn)行了軟、硬件的調(diào)試，用