直線一級(jí)倒立擺的摩擦補(bǔ)償及自適應(yīng)控制研究.pdf

1、摩擦是一種復(fù)雜的非線性物理現(xiàn)象，它普遍存在于各種機(jī)電伺服系統(tǒng)中。摩擦的影響表現(xiàn)為低速時(shí)的粘滑運(yùn)動(dòng)(stick-slip motion)、較大的穩(wěn)態(tài)誤差(steady state error)以及極限環(huán)振蕩(limit cycle oscillation)等，甚至?xí)?dǎo)致控制系統(tǒng)不穩(wěn)定?，F(xiàn)在對(duì)倒立擺的研究都只考慮了粘性摩擦(viscous friction)，但實(shí)際系統(tǒng)中的摩擦現(xiàn)象遠(yuǎn)不止這一種，這就導(dǎo)致了小車位置所出現(xiàn)的極限環(huán)振蕩。為了減小

2、摩擦所帶來(lái)的影響，消除這種振蕩，本文以直線一級(jí)倒立擺為對(duì)象，研究了其摩擦補(bǔ)償問(wèn)題，主要內(nèi)容如下：
　　首先，使用拉格朗日法對(duì)直線一級(jí)倒立擺建立了數(shù)學(xué)模型，在不考慮摩擦補(bǔ)償?shù)那闆r下設(shè)計(jì)了它的 LQR控制器，以使倒立擺系統(tǒng)的擺桿穩(wěn)定；使用遺傳算法作為優(yōu)化工具對(duì)指數(shù)以及 LuGre摩擦模型中的參數(shù)辨識(shí)進(jìn)行了算法設(shè)計(jì)，并對(duì)參數(shù)進(jìn)行了辨識(shí)，該方法有效地避免了采用線性辨識(shí)的方法時(shí)易出現(xiàn)的局部極小值問(wèn)題。
　　其次，分別應(yīng)用基于模型的固定

3、補(bǔ)償和自適應(yīng)補(bǔ)償方法對(duì)倒立擺系統(tǒng)中的摩擦進(jìn)行了補(bǔ)償。固定補(bǔ)償部分首先應(yīng)用遺傳算法辨識(shí)所得的參數(shù)驗(yàn)證了小車位置所出現(xiàn)的極限環(huán)振蕩是由小車與導(dǎo)軌之間的非線性摩擦所導(dǎo)致的，而后分別對(duì)不同的摩擦模型設(shè)計(jì)新的控制器，以完成對(duì)摩擦的補(bǔ)償。自適應(yīng)補(bǔ)償采用基于RBF網(wǎng)絡(luò)的帶有動(dòng)量的δ學(xué)習(xí)規(guī)則對(duì)系統(tǒng)中的摩擦進(jìn)行了辨識(shí)及補(bǔ)償。分別應(yīng)用 SIMULINK搭建控制框圖對(duì)所設(shè)計(jì)的固定補(bǔ)償器和自適應(yīng)補(bǔ)償器進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明了所設(shè)計(jì)的兩種控制器的有效性、可行性。