基于倒立擺系統(tǒng)LQR最優(yōu)控制研究.pdf

1、倒立擺是一個(gè)典型的快速、多變量、非線性、強(qiáng)耦合的自然不穩(wěn)定系統(tǒng)，是自動(dòng)控制理論中的典型實(shí)驗(yàn)設(shè)備，也是教學(xué)和科研中不可多得的物理模型.它能反應(yīng)出控制領(lǐng)域當(dāng)中的諸多重要的問題，如穩(wěn)定性問題、非線性問題、魯棒性問題、跟蹤性問題等.線性二次調(diào)節(jié)器(LQR)問題在現(xiàn)代控制理論中占有非常重要的地位，受到了國(guó)內(nèi)外控制學(xué)界的普遍重視，它在倒立擺系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛．
　　本論文首先重點(diǎn)介紹了選題的背景和研究意義，對(duì)國(guó)內(nèi)外研究的歷史和現(xiàn)狀及倒立

2、擺系統(tǒng)的控制算法進(jìn)行了綜述，對(duì)本文需要用到了Lagrange方程和LQR最優(yōu)控制器的特點(diǎn)和原理進(jìn)行了介紹．
　　其次，介紹了一級(jí)倒立擺系統(tǒng)的知識(shí)，應(yīng)用Lagrange方程建立一級(jí)倒立擺系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出方程．在狀態(tài)方程和輸出方程的基礎(chǔ)上，代入實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)一級(jí)倒立擺系統(tǒng)的能控性和能觀性進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了LQR最優(yōu)控制器，仿真結(jié)果說明設(shè)計(jì)的控制器是成功的．
　　同時(shí)，將一級(jí)倒立擺進(jìn)行升級(jí)到二級(jí)倒立擺，應(yīng)用Lagrange方程建

3、立二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出方程.在實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的能控性和能觀性進(jìn)行了分析．基于前人的研究，提出了LQR最優(yōu)控制器中權(quán)矩陣Q和R的選取方法．根據(jù)選取方法，設(shè)計(jì)了LQR最優(yōu)控制器，仿真結(jié)果說明選取權(quán)矩陣方法的合理性及控制器的設(shè)計(jì)是成功的．
　　最后，將倒立擺系統(tǒng)升級(jí)到三級(jí)倒立擺，應(yīng)用Lagrange方程建立三級(jí)倒立擺系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出方程．在狀態(tài)方程和輸出方程的基礎(chǔ)上，代入實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)的能控性和能觀性