基于離散時間輸出調(diào)節(jié)方法的倒立擺系統(tǒng)跟蹤控制研究.pdf

1、倒立擺系統(tǒng)被視為檢驗各種先進(jìn)控制方法的典型標(biāo)桿性系統(tǒng)，在機(jī)器人控制、航天技術(shù)等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。由于倒立擺系統(tǒng)是一類不穩(wěn)定、多變量和強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，基于非簡化的非線性模型設(shè)計反饋控制律實現(xiàn)其鎮(zhèn)定和跟蹤控制問題具有一定的挑戰(zhàn)性。此外，大部分非線性控制律是通過數(shù)字控制器實現(xiàn)的。傳統(tǒng)的控制方法在解決倒立擺系統(tǒng)的高精度控制問題上具有一定的局限性。而非線性輸出調(diào)節(jié)理論可以很好的實現(xiàn)精確跟蹤參考軌跡、干擾抑制和參數(shù)魯棒性等多個目標(biāo)。因此，采用離

2、散時間非線性輸出調(diào)節(jié)理論研究倒立擺的位置跟蹤問題具有重要意義。
　　本論文主要研究了兩類倒立擺系統(tǒng)的位置跟蹤問題。主要的研究工作如下:
　　(1)研究了具有多輸入多輸出的球形倒立擺系統(tǒng)的位置跟蹤控制問題。這一問題可以被描述為典型的離散時間非線性輸出調(diào)節(jié)問題。解決離散時間非線性輸出調(diào)節(jié)問題的關(guān)鍵在于求解一組被稱為離散調(diào)節(jié)器方程的代數(shù)函數(shù)方程。本文首先利用中心流形定理驗證了與球形倒立擺系統(tǒng)對應(yīng)的離散調(diào)節(jié)器方程的可解性，然后利用神

3、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法解決了這一跟蹤問題。最后，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法與傳統(tǒng)的線性控制方法進(jìn)行了比較。仿真結(jié)果驗證了設(shè)計的有效性和優(yōu)越性。
　　(2)研究了具有單輸入單輸出的直線電機(jī)倒立擺系統(tǒng)的位置跟蹤控制問題。這一問題可以被描述為典型的離散時間非線性輸出調(diào)節(jié)問題。相對于傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，直線電機(jī)具有高精度、快速響應(yīng)、可靠性好、擾動小等許多優(yōu)點。但導(dǎo)軌上的摩擦力仍對倒立擺系統(tǒng)的控制精度有著較大的影響。因此，本文將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法和摩擦力前饋補(bǔ)償方法相結(jié)合提