平面倒立擺的建模、控制與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、倒立擺是典型的非線性、高階次、強(qiáng)耦合、不穩(wěn)定、欠驅(qū)動系統(tǒng)，研究倒立擺的精確控制對工業(yè)生產(chǎn)中復(fù)雜對象的控制有著重要的應(yīng)用價(jià)值，因此倒立擺仿真或?qū)嵨锟刂茖?shí)驗(yàn)是控制領(lǐng)域中用來檢驗(yàn)?zāi)撤N控制理論或方法的典型方案。目前直線型倒立擺作為一種實(shí)驗(yàn)儀器以其結(jié)構(gòu)相對簡單、形象直觀、構(gòu)件參數(shù)易于改變和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛運(yùn)用于教學(xué)。環(huán)形倒立擺和平面倒立擺尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。 平面倒立擺的基座可以在二維平面內(nèi)運(yùn)動，基礎(chǔ)運(yùn)動具有兩個(gè)自由度。由于系統(tǒng)

2、變量的增多、階次的增高和基座運(yùn)動、控制的耦合特性，與基座只有一個(gè)自由度的直線型或環(huán)形倒立擺相比其控制更具有挑戰(zhàn)性。本文以固高GPIP2002型平面運(yùn)動倒立擺為研究對象，采用拉格朗日方程建立了平面一級、二級倒立擺的數(shù)學(xué)模型，通過將其在平衡位置附近進(jìn)行泰勒級數(shù)展開并線性化，得到了系統(tǒng)在兩個(gè)正交方向解耦的線性化模型。 基于所建立的倒立擺線性化模型，根據(jù)最優(yōu)控制理論，設(shè)計(jì)了平面一級、二級倒立擺的線性二次最優(yōu)控制器，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了擺桿平衡控制

3、和基座運(yùn)動的定位控制，通過仿真結(jié)果說明了線性二級最優(yōu)控制在平面倒立擺控制中的有效性。 模糊滑?？刂剖堑湫偷闹悄茏兘Y(jié)構(gòu)控制方法，它綜合了模糊控制不依賴于系統(tǒng)精確模型的優(yōu)點(diǎn)和滑?？刂频耐耆敯粜浴Ｗ赃m應(yīng)滑模模糊控制則是將自適應(yīng)思想融入模糊滑模控制，通過適應(yīng)性地調(diào)整滑模函數(shù)的斜率以提高控制性能。本文在平面一、二級倒立擺的X、Y方向分別設(shè)計(jì)了自適應(yīng)滑模模糊控制算法，通過仿真實(shí)現(xiàn)了擺桿平衡情況下的小車定位控制。 根據(jù)設(shè)計(jì)的線性二次