倒立擺系統(tǒng)的實驗研究和非線性分析.pdf

1、倒立擺系統(tǒng)是一個復雜不穩(wěn)定的、帶有非線性和強耦合特性的機械系統(tǒng)，它的穩(wěn)定控制是控制理論應用的一個典型范例。倒立擺系統(tǒng)存在嚴重的不確定性，一方面是系統(tǒng)參數(shù)的不確定性，另一方面是系統(tǒng)受到不確定因素的干擾。本文主要對倒立擺系統(tǒng)的實驗和倒立擺系統(tǒng)的非線性理論這兩個方面進行研究。在倒立擺系統(tǒng)的實驗研究方面，利用現(xiàn)代控制理論，對一級倒立擺，二級倒立擺和基于倒立擺的移動機器人等三個完整系統(tǒng)進行控制。在倒立擺系統(tǒng)的非線性理論研究方面，對一級倒立擺運動方

2、程進行了的基于線性和非線性兩種假設(shè)分析，得出了確保系統(tǒng)穩(wěn)定可控的取值域。 本文的研究內(nèi)容和所取得的成果主要有以下幾個方面： (1)綜述了倒立擺系統(tǒng)的研究歷史和現(xiàn)狀，介紹了與倒立擺相關(guān)的一些基本概念。總結(jié)了近年來國內(nèi)外對倒立擺系統(tǒng)力學性能、控制理論以及應用方面的研究進展和取得的成果，介紹了在倒立擺的理論研究中常用的一些理論方法。 (2)詳細闡述了一級倒立擺硬件實驗平臺的搭建過程和控制算法的實現(xiàn)過程。運用機構(gòu)學優(yōu)化一

3、級倒立擺的實驗平臺，在確保實現(xiàn)功能的前提下，盡可能降低成本；運用LQR(線性二次型)和模糊控制等現(xiàn)代控制理論對一級倒立擺系統(tǒng)進行控制。 (3)闡述二級倒立擺硬件試驗平臺的搭建過程和控制算法的實現(xiàn)過程，用LQR方法對二級倒立擺進行控制，使其具有較強的魯棒性。最后，對基于倒立擺原理的移動機器人進行實驗探究，使其初步達到預期效果。 (4)通過對一級倒立擺系統(tǒng)進行數(shù)學建模，研究了基于線性假設(shè)和非線性假設(shè)的帶反饋的倒立擺系統(tǒng)的非線