直線(xiàn)一級(jí)倒立擺系統(tǒng)研究.pdf

1、倒立擺是多變量、不穩(wěn)定、復(fù)雜的非線(xiàn)性系統(tǒng)，是進(jìn)行控制理論研究的典型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。許多抽象的控制理論概念，例如系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可控性、抗干擾能力等，均可以通過(guò)倒立擺系統(tǒng)表現(xiàn)出來(lái)，因此實(shí)際中經(jīng)常采用倒立擺系統(tǒng)來(lái)考察復(fù)雜系統(tǒng)的性能。此外，倒立擺控制系統(tǒng)與火箭飛行器控制、機(jī)器人行走控制等系統(tǒng)有很大的相似之處，其對(duì)應(yīng)的控制理論和控制方法在在軍工、航天、機(jī)器人領(lǐng)域等都有著非常廣泛的用途。倒立擺系統(tǒng)按照擺桿的數(shù)量不同，可分為一級(jí)倒立擺、二級(jí)倒立擺、三級(jí)倒立

2、擺等，各擺桿之間為自由連接即無(wú)電機(jī)或其他驅(qū)動(dòng)部件。無(wú)論一級(jí)倒立擺還是多級(jí)倒立擺，其基本的控制問(wèn)題就是使擺桿在豎直方向上盡快達(dá)到平衡位置，并使之沒(méi)有較大的震蕩。
　　倒立擺作為一個(gè)典型的被控對(duì)象，適合用多種理論和方法進(jìn)行控制。其中最常用的有PID控制，PID控制是最早發(fā)展起來(lái)的控制策略之一，由于其算法簡(jiǎn)單，魯棒性好和適應(yīng)性強(qiáng)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制當(dāng)中。PID控制為單輸入單輸出控制，僅能控制擺桿的擺角而不能同時(shí)控制小車(chē)的位置。狀態(tài)

3、空間反饋控制，通過(guò)對(duì)倒立擺物理模型的分析，建立倒立擺的動(dòng)力學(xué)模型，確定狀態(tài)變量，然后使用狀態(tài)空間理論推導(dǎo)出狀態(tài)方程和輸出方程。狀態(tài)空間控制方法為多輸入多輸出控制，能較好的控制擺桿的擺角和小車(chē)的位置，是一種比較成熟的控制方法。LQR線(xiàn)性二次型控制，LQR可得到狀態(tài)空間反饋的最優(yōu)控制規(guī)律，易于構(gòu)成閉環(huán)最優(yōu)控制。本文主要針對(duì)幾種典型的控制策略做了分析，包括數(shù)學(xué)模型的建立，MATLAB仿真，并對(duì)響應(yīng)結(jié)果做了分析。在這些控制策略的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了直