倒立擺系統(tǒng)LQR--模糊控制算法研究.pdf

1、本文圍繞三級倒立擺系統(tǒng)，主要采用LQR-模糊控制理論研究了倒立擺的控制系統(tǒng)仿真和實(shí)物系統(tǒng)控制問題。倒立擺系統(tǒng)是一個典型的多變量、非線性、強(qiáng)耦合和快速運(yùn)動的自然不穩(wěn)定系統(tǒng)。因此倒立擺在研究雙足機(jī)器人直立行走、火箭發(fā)射過程的姿態(tài)調(diào)整和直升機(jī)飛行控制領(lǐng)域中有重要的現(xiàn)實(shí)意義，相關(guān)的科研成果已經(jīng)應(yīng)用到航天科技和機(jī)器人學(xué)等諸多領(lǐng)域。 本文設(shè)計思想是：借助于系統(tǒng)的線性化模型設(shè)計三級倒立擺系統(tǒng)模糊控制器，這種方法將線性系統(tǒng)理論與模糊控制技術(shù)相結(jié)

2、合，將單一的復(fù)雜控制策略轉(zhuǎn)化為多級控制策略嵌套，大大簡化了三級倒立擺系統(tǒng)模糊控制器的設(shè)計步驟。仿真與實(shí)物實(shí)驗(yàn)證明了本文設(shè)計的LQR-模糊控制器有很好的穩(wěn)定性、魯棒性和適應(yīng)性。主要研究工作如下： 建立了三級倒立擺實(shí)物系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并對倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行了定性分析。從而證明了倒立擺系統(tǒng)開環(huán)是不穩(wěn)定的，但在平衡點(diǎn)是能控的和能觀的，同時指出三級倒立擺的相對能控度很小，說明其很難控制。 進(jìn)行了倒立擺系統(tǒng)的LQR控制方法研究。運(yùn)用最優(yōu)

3、控制理論，探討了加權(quán)矩陣Q和R的選取方法。介紹了如何利用Matlab建立倒立擺系統(tǒng)模型，進(jìn)行了三級倒立擺的LQR控制器的設(shè)計與仿真，并利用Simulink5.0建立了二級倒立擺的LQR控制模型，實(shí)現(xiàn)了二級倒立擺實(shí)物系統(tǒng)控制。給出了二級倒立擺穩(wěn)定時和受干擾時各狀態(tài)變量的響應(yīng)曲線和控制量曲線以及倒立擺穩(wěn)定時的照片。 進(jìn)行了LQR-模糊控制方法的研究。運(yùn)用最優(yōu)控制方法設(shè)計了最優(yōu)狀態(tài)變量合成函數(shù)，減少模糊控制器的輸入變量維數(shù)，成功解決了