倒立擺系統(tǒng)自動(dòng)擺起控制的研究.pdf

1、倒立擺系統(tǒng)是一個(gè)典型的非線性、高階次、多變量、強(qiáng)耦合、欠驅(qū)動(dòng)和絕對(duì)不穩(wěn)定系統(tǒng)。許多抽象的控制概念都可以通過(guò)倒立擺控制系統(tǒng)直觀地表現(xiàn)出來(lái)。倒立擺系統(tǒng)研究產(chǎn)生的方法和技術(shù)在半導(dǎo)體、精密儀器、機(jī)器人控制、人工智能、導(dǎo)彈攔截控制系統(tǒng)、航天器姿態(tài)控制等方面都具有廣闊應(yīng)用前景。
　　 本文研究了倒立擺系統(tǒng)的自動(dòng)擺起控制，主要內(nèi)容如下：
　　 1.在深入研究倒立擺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和借鑒國(guó)內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，采用分析力學(xué)中的Lagrange方

2、程建立了，n級(jí)倒立擺系統(tǒng)的非線性數(shù)學(xué)模型，并在系統(tǒng)平衡點(diǎn)附近對(duì)倒立擺系統(tǒng)的非線性模型進(jìn)行線性化處理，得到倒立擺系統(tǒng)的線性狀態(tài)空間表達(dá)式。
　　 2.提出能量勢(shì)阱控制，成功實(shí)現(xiàn)了一級(jí)直線倒立擺的自動(dòng)擺起。在能量勢(shì)阱控制器中引入了小車位移勢(shì)阱函數(shù)、小車速度勢(shì)阱函數(shù)，防止了在自動(dòng)擺起過(guò)程中發(fā)生的越界現(xiàn)象。穩(wěn)擺控制器采用SDRE方法(State Dependent Riccati Equation)，SDRE方法通過(guò)模擬線性二次型調(diào)節(jié)器

3、(LQR)來(lái)尋求狀態(tài)反饋控制，被認(rèn)為是LQR的非線性形式。仿真和實(shí)物實(shí)現(xiàn)表明，在相同控制參數(shù)下SDRE非線性控制器優(yōu)于線性LQR控制器。
　　 3.提出逆系統(tǒng)軌跡控制，成功實(shí)現(xiàn)了二級(jí)直線倒立擺的自動(dòng)擺起。二級(jí)直線倒立擺的自動(dòng)擺起是指上、下擺桿從自然懸垂位置擺動(dòng)到倒立點(diǎn)位置，從數(shù)學(xué)的角度可以看成是非線性兩點(diǎn)邊值問(wèn)題。通過(guò)求解微分方程兩點(diǎn)邊值問(wèn)題，得到二級(jí)直線倒立擺系統(tǒng)的參考軌跡。采用前饋和反饋相結(jié)合的兩自由度控制對(duì)參考軌跡進(jìn)行跟蹤