環(huán)形倒立擺控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、倒立擺系統(tǒng)是一個(gè)高度復(fù)雜的非線性系統(tǒng),其特性包含開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定性、耦合性以不確定性等。倒立擺的控制研究最早起始于二十世紀(jì)50年代,MIT控制領(lǐng)域的專(zhuān)家通過(guò)火箭飛行推進(jìn)器的原理研制出第一臺(tái)單級(jí)倒立擺實(shí)驗(yàn)裝置。隨著控制領(lǐng)域研究的不斷深入,新的控制方法也隨之出現(xiàn)。倒立擺系統(tǒng)模型為自動(dòng)化控制理論在教育教學(xué)、應(yīng)用實(shí)踐以及科學(xué)研究等方面提供了很好的科研平臺(tái),促進(jìn)了控制理論的發(fā)展,同時(shí)也在一般工業(yè)中呈現(xiàn)出良好的發(fā)展應(yīng)用前景。
　　本論文通過(guò)對(duì)環(huán)形一

2、級(jí)倒立擺以及環(huán)形二級(jí)倒立擺穩(wěn)擺控制器部分的分析和研究,實(shí)現(xiàn)了各系統(tǒng)教學(xué)模型的穩(wěn)定控制;而且通過(guò)運(yùn)用系統(tǒng)能量控制方法,設(shè)計(jì)和研究了環(huán)形倒立擺基于能量控制理論的自動(dòng)擺起控制器,完成了對(duì)環(huán)形倒立擺系統(tǒng)的擺桿自動(dòng)擺起過(guò)程的控制,并取得良好的實(shí)驗(yàn)效果。本文還實(shí)現(xiàn)了對(duì)倒立擺系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)仿真模型的起擺與穩(wěn)擺控制,證明了本論文所設(shè)計(jì)和研究的穩(wěn)擺控制器與起擺控制器都擁有良好的控制效果。本文的主要研究工作是:
　　首先,對(duì)環(huán)形一級(jí)倒立擺與環(huán)形二級(jí)倒立擺

3、的系統(tǒng)特性作了詳細(xì)的分析和研究,并通過(guò)理論分析,構(gòu)建了各系統(tǒng)相應(yīng)的數(shù)學(xué)仿真模型;通過(guò)對(duì)倒立擺的性能分析,證明了環(huán)形一級(jí)與環(huán)形二級(jí)倒立擺系統(tǒng)模型都具有開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定性。此外,通過(guò)對(duì)各個(gè)系統(tǒng)模型相對(duì)可控性的對(duì)比和研究,得出了二級(jí)倒立擺系統(tǒng)比一級(jí)倒立擺系統(tǒng)更加難以控制的研究結(jié)果。
　　其次,完成了對(duì)環(huán)形一級(jí)倒立擺與環(huán)形二級(jí)倒立擺在平衡點(diǎn)的穩(wěn)定性控制方面的研究,其中有極點(diǎn)配置法、LQR控制法和模糊控制法三種,并成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)物倒立擺仿真模型的

4、穩(wěn)定性控制,取得了良好的控制效果。本文還把環(huán)形倒立擺系統(tǒng)的三種控制方法分別在 MATLAB的Simulink中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)仿真,根據(jù)仿真結(jié)果的對(duì)比分析了三種控制方法的控制效果以及各控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　最后,本文完成了對(duì)環(huán)形倒立擺系統(tǒng)的起擺控制方面的研究和設(shè)計(jì),完成了環(huán)形一級(jí)倒立擺起擺控制程序的設(shè)計(jì),并在 MATLAB中結(jié)合 LQR穩(wěn)擺控制進(jìn)行了環(huán)形倒立擺實(shí)物起擺控制實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比和驗(yàn)證,成功的實(shí)現(xiàn)了環(huán)形單級(jí)倒立擺系統(tǒng)的