倒立擺系統(tǒng)的控制研究.pdf

1、倒立擺是聯(lián)結在小車上的桿，通過小車的運動能保持豎立不倒的一種裝置，它是一個典型的非線性、快速、多變量和自然不穩(wěn)定系統(tǒng)，但是我們可以通過對它施加一定的控制使其穩(wěn)定。對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數，而且更重要的是如何發(fā)展現有的控制方法。同時, 它和火箭的姿態(tài)控制以及步行機器人的穩(wěn)定控制有很多相似之處，由此研究產生的理論和方法對一般工業(yè)過程也有廣泛用途。 本文在參考大量文獻的基礎上，綜述了

2、倒立擺的國內外研究現狀，對應用于倒立擺的各種控制理論作了簡要的介紹；研究了倒立擺的控制機理，用Lagrange 方法推導了一、二級倒立擺的數學模型，這為研究多級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良好的基礎。對系統(tǒng)進行了穩(wěn)定性、可控性分析，得出倒立擺系統(tǒng)是一個開環(huán)不穩(wěn)定但可控的系統(tǒng)的結論。 本文主要研究用極點配置、最優(yōu)控制和模糊控制方法對倒立擺進行穩(wěn)定控制。最優(yōu)控制方法是基于狀態(tài)反饋，但能實現輸出指標最優(yōu)的一種控制

3、方法，方法和參數調節(jié)較簡單，有著廣泛的應用。模糊控制有不依賴于數學模型、適用于非線性系統(tǒng)等優(yōu)點，所以本文嘗試了用模糊控制對倒立擺進行控制，以將先進的控制方法用于實際中。同時，對倒立擺系統(tǒng)的研究也將遵循從建模到仿真到實控，軟硬件結合的系統(tǒng)的控制流程。在這過程中，借助數學工具Matlab6.5及仿真軟件Simulink，作了大量的仿真研究工作，仿真結果表明系統(tǒng)能跟蹤輸入，并具有較好的抗干擾性。最后對實驗室的倒立擺裝置進行了軟、硬件的調試，用