直線倒立擺控制策略的對比研究.pdf

1、倒立擺系統(tǒng)具有形象、直觀、結(jié)構(gòu)簡單、構(gòu)件組成參數(shù)和形狀易于改變、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，所以倒立擺系統(tǒng)成為自動控制領(lǐng)域上教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和科研的理想平臺。倒立擺控制系統(tǒng)的魯棒性、控制的非線性、隨動問題和跟蹤問題等的研究都可以通過其非線性、多變量、高階次、強(qiáng)耦合、絕對不穩(wěn)定的固有屬性表達(dá)出來。因此，從長遠(yuǎn)的眼光來看，研究倒立擺系統(tǒng)的理論和方法意義非凡。
　　本文研究對象是深圳固高科技有限公司生產(chǎn)的GLIP2003型的三級倒立擺裝置，首先建立直線二

2、級、三級倒立擺的動力學(xué)模型、圍繞著直線二級、三級倒立擺的穩(wěn)定控制算法、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的軟硬件介紹及 MATLAB/Simulink的仿真情況等一系列的內(nèi)容展開研究，大致圍繞以下幾個個方面進(jìn)行介紹：
　　(1)有關(guān)倒立擺系統(tǒng)的概述。圍繞著倒立擺系統(tǒng)的基本理論展開，其包括倒立擺的分類、特性及建模的方法，并著重介紹了針對穩(wěn)擺控制時的倒立擺系統(tǒng)在典型控制策略領(lǐng)域的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并簡要分析了這幾種典型控制策略的優(yōu)劣及發(fā)展前景。
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3、介紹經(jīng)分析力學(xué)的拉格朗日法建立直線二級、三級倒立擺的動力學(xué)模型，并基于直線二級、三級倒立擺的數(shù)學(xué)模型分析各自的穩(wěn)定性、能控、能觀特性。
　　(3)通過對直線二級倒立擺的定性分析后，設(shè)計(jì)針對直線二級倒立擺穩(wěn)定的控制器，并采用多種控制策略，包括模糊控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制，并分別基于三種控制器對直線二級倒立擺進(jìn)行 MATLAB/Simulink的仿真試驗(yàn)，通過對比研究發(fā)現(xiàn)控制效果的優(yōu)劣。
　　(4)通過對直線三級

4、倒立擺的定性分析后，設(shè)計(jì)針對直線三級倒立擺穩(wěn)定的控制器，并采用多種控制策略，包括線性二次型（LQR）控制、遺傳算法控制、模糊控制，并分別基于三種控制器對直線三級倒立擺進(jìn)行 MATLAB/Simulink的仿真試驗(yàn)，通過對比研究發(fā)現(xiàn)控制效果的優(yōu)劣。
　　(5)詳細(xì)介紹固高科技 GLIP2003型直線三級倒立擺的實(shí)物控制系統(tǒng)的軟硬件構(gòu)成，特別是MATLAB/Simulink的實(shí)時工具箱RTW（Real-Time Workshop）的實(shí)