倒立擺系統(tǒng)的控制與研究.pdf

1、倒立擺為典型的快速、多變量、非線性、絕對不穩(wěn)定系統(tǒng)。在實(shí)際中有很多這樣的系統(tǒng)，像衛(wèi)星發(fā)射架系統(tǒng)和海上鉆井平臺(tái)系統(tǒng)等都與之相似，因此，對它的研究在理論上和方法論上均有深遠(yuǎn)的意義，其控制方法和思路對這類系統(tǒng)以及處理一般工業(yè)過程亦有廣泛的用途。 本文針對固高公司提供的倒立擺實(shí)驗(yàn)設(shè)備，對一、二、三級倒立擺的控制方法進(jìn)行了研究，并做了相應(yīng)的仿真和實(shí)物控制。首先應(yīng)用PID、狀態(tài)反饋、LQR、三種方法分別對一級倒立擺進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，得到了較好的

2、控制效果。然而，由于以上方法的抗干擾能力差，魯棒性弱，所以嘗試運(yùn)用模糊控制，使控制性能進(jìn)一步提高。對于二級倒立擺，由于其控制變量多、非線性強(qiáng)，所以控制規(guī)則與隸屬函數(shù)很難確定。考慮這些原因，文中采用了神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)(ANFIS)，對二級倒立擺做了實(shí)時(shí)控制，該方法生成規(guī)則數(shù)少，形式簡單，實(shí)時(shí)性更好。對于控制難度更高的三級倒立擺，本文采用遺傳算法優(yōu)化LQR參數(shù)后，用最優(yōu)控制的方法，對倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究，得到了很好的控制效果。

3、通過對一、二和三級倒立擺的多種實(shí)物控制的研究和比較，可以看出控制的難度在不斷加大，需要運(yùn)用的控制方法也越來越先進(jìn)。在運(yùn)用PID控制時(shí)，由于倒立擺是多輸出的復(fù)雜系統(tǒng)，所以選擇合適的輸出量是關(guān)鍵問題；狀態(tài)反饋方法中，為了使系統(tǒng)響應(yīng)速度快而且能夠滿足試驗(yàn)設(shè)備硬件要求，極點(diǎn)的選擇是主要的設(shè)計(jì)問題；在模糊控制器的設(shè)計(jì)過程中，隸屬函數(shù)的選取和控制規(guī)則的確定是難點(diǎn)，而應(yīng)用ANFIS推理系統(tǒng)后，規(guī)則確定和隸屬函數(shù)選取的問題就迎刃而解了。對于LQR控制，