直線二級倒立擺穩(wěn)擺的建模與預測控制研究.pdf

1、直線二級倒立擺系統(tǒng)是一個單輸入多輸出、欠驅動、強耦合且對控制的實時性要求極高的非線性對象。由于該系統(tǒng)的特性與許多工業(yè)非線性系統(tǒng)的特性極其相似，因此對直線倒立擺系統(tǒng)的研究不僅可以驗證控制算法的有效性，也具有很重要的工程應用意義。
　　傳統(tǒng)的對直線倒立擺的建模方法是物理建模。通過對直線倒立擺系統(tǒng)進行受力分析，建立其數(shù)學模型。但采用這種方法對直線倒立擺建模時需要做一些假設，同時也忽略了一些非線性的因素，從而導致建立的模型精度不高。

2、>　　針對物理模型的缺點，本文首次將ARX建模方法及RBF-ARX建模方法應用于單輸入三輸出的直線二級倒立擺系統(tǒng)。ARX模型是線性模型，其系數(shù)通過線性最小二乘法辨識得到。RBF-ARX模型是一種隨狀態(tài)變化的非線性模型，其參數(shù)通過結構化非線性參數(shù)優(yōu)化方法(SNPOM)辨識獲得。建模結果表明這兩種模型都具有很高的建模精度。
　　在直線二級倒立擺系統(tǒng)的ARX模型及RBF-ARX模型的基礎上，設計了直線二級倒立擺系統(tǒng)的模型預測控制器，并詳

3、細介紹了基于此兩類模型的預測控制器的設計方法以及相關控制參數(shù)對模型預測控制效果的影響。
　　本文首次實現(xiàn)了基于ARX模型預測控制器(ARX-MPC)及基于RBF-ARX模型的預測控制器(RBF-ARX-MPC)對直線二級倒立擺系統(tǒng)（單輸入三輸出）穩(wěn)擺的仿真控制。仿真結果表明，兩種模型預測控制方法都具有較強的抗干擾性能，且能夠快速平穩(wěn)地完成直線二級倒立擺的穩(wěn)擺控制。在仿真實驗的基礎上，本文還首次實現(xiàn)了基于RBF-ARX模型預測控制器