滾輪倒立擺建模與過程控制的研究.pdf

1、倒立擺是一種自然不穩(wěn)定的多變量非線性系統(tǒng)，它描述了航天、機器人領(lǐng)域等抽象系統(tǒng)的模型，倒立擺的研究涉及到力學(xué)模型、機械原理、系統(tǒng)參數(shù)識別、控制算法等多種學(xué)科。就控制來說，包括兩個問題：工作平衡點的控制和擺起的控制。采用模糊控制和最優(yōu)控制等方法已經(jīng)獲得平衡點的控制，但是倒立擺的擺起過程(倒立擺的過渡過程)是復(fù)雜的強非線性動力學(xué)系統(tǒng)控制問題，控制律的確定要采用數(shù)值方法，由于最優(yōu)控制理論的數(shù)值迭代算法難以獲得理想的開環(huán)控制律，因此確定有效控制律

2、的計算方法是過渡過程控制的關(guān)鍵問題。 目前倒立擺問題的研究有兩個大的方向，一個是在平衡點的控制方面朝著多級化的方向發(fā)展，已經(jīng)有成功的四級倒立擺平衡點的控制的例子；二是對擺起問題的研究，著重是在算法與實現(xiàn)等方面。 本課題主要研究了滾輪式倒立擺復(fù)雜多變量非線性系統(tǒng)的擺起控制和平衡控制的算法與實現(xiàn)的問題，提出了動態(tài)設(shè)計變量優(yōu)化算法的控制律計算方法。 基于拉格朗日方程、達(dá)朗貝爾原理，建立了滾輪單級、二級倒立擺非線性系統(tǒng)的

3、微分方程，為擺起和平衡控制非線性系統(tǒng)的動力學(xué)特性分析和控制提供了力學(xué)模型，并對擺桿的阻尼參數(shù)進(jìn)行參數(shù)識別，結(jié)合具體實驗測試的信息，建立了確定單擺阻尼參數(shù)的優(yōu)化方法。并通過具體的數(shù)據(jù)獲得了精確計算阻尼參數(shù)的程序，其研究結(jié)果為復(fù)雜系統(tǒng)的過程控制和精確分析提供合理的依據(jù)。 在分析了幾種常見的針對非線性系統(tǒng)的優(yōu)化控制算法的基礎(chǔ)上，提出了擺起開環(huán)控制律動態(tài)設(shè)計變量的優(yōu)化算法，并對滾輪式單級、二級倒立擺擺起控制律的計算進(jìn)行了程序的驗證和結(jié)果