基于狀態(tài)觀測器的倒立擺控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究.pdf

1、倒立擺是一個絕對不穩(wěn)定系統(tǒng),具有高階次、非線性、強耦合等特性。一直被用作實時控制系統(tǒng)實驗的控制設(shè)備。倒立擺系統(tǒng)不僅具有生動直觀的教學特點,在研究方面,同樣具有重要的價值,如火箭發(fā)射、機器人等等,都存在類似于倒立擺的控制問題。
　　 論文論述了倒立擺系統(tǒng)研究的背景、意義和國內(nèi)外研究倒立擺系統(tǒng)的現(xiàn)狀、水平及發(fā)展趨勢。設(shè)計了倒立擺系統(tǒng)機械本體,選擇GT-400-SV運動控制器作為運動控制模塊,完成整個系統(tǒng)硬件的連線與調(diào)試。
　　

2、 利用振動和力學原理對倒立擺系統(tǒng)的相關(guān)重要參數(shù)進行了實驗測定,如摩擦系數(shù),擺桿轉(zhuǎn)動慣量等。用牛頓力學方法建立了單級倒立擺數(shù)學模型,然后用Lagrange方程建立了二級倒立擺數(shù)學模型。對其進行局部線性化,并由此推導出了系統(tǒng)的狀態(tài)方程。做出了可控性和可觀測性判斷。
　　 作為離散控制系統(tǒng),倒立擺控制器的設(shè)計方法分為模擬化設(shè)計和離散化設(shè)計。模擬化設(shè)計中,采用連續(xù)二次型最優(yōu)控制理論設(shè)計倒立擺控制器,為了提高系統(tǒng)控制精度設(shè)計了狀態(tài)觀測器

3、來估計擺桿角速度變量,然后對設(shè)計的控制器離散化。離散化設(shè)計法是直接在離散域中進行設(shè)計,采用離散二次型最優(yōu)控制理論設(shè)計倒立擺控制器,設(shè)計狀態(tài)觀測器估計車體速度和擺桿角速度變量。經(jīng)過系統(tǒng)仿真后,可以達到較好的控制效果。
　　 采用PV控制方法設(shè)計倒立擺的起擺控制器,此控制方法具有設(shè)計簡單,安全可靠的優(yōu)點。在實現(xiàn)起擺的同時,可限制車體位移在規(guī)定的范圍內(nèi),且車體速度不會太大,從而平穩(wěn)的實現(xiàn)兩種控制方法的切換。
　　 程序控制界面