非線性系統(tǒng)建模和預(yù)測(cè)控制在倒立擺穩(wěn)擺控制中的應(yīng)用研究.pdf

1、倒立擺系統(tǒng)是當(dāng)前控制領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)，它是一個(gè)典型的多變量、非線性、強(qiáng)耦合的絕對(duì)不穩(wěn)定系統(tǒng)。對(duì)倒立擺系統(tǒng)的研究不僅具有很重要的理論意義，而且在很多實(shí)際控制中也有指導(dǎo)性的現(xiàn)實(shí)意義，如衛(wèi)星姿態(tài)控制、機(jī)器人行走姿態(tài)控制、飛行器姿態(tài)控制等。本文主要研究了基于RBF-ARX模型的非線性系統(tǒng)建模和預(yù)測(cè)控制在一級(jí)倒立擺系統(tǒng)穩(wěn)擺控制中的問題。
　　 通常，倒立擺系統(tǒng)的建模方法是基于物理模型的，一般做法是通過對(duì)倒立擺系統(tǒng)特性的機(jī)理分析，得到微分

2、方程，進(jìn)而建立數(shù)學(xué)模型。這樣的方法雖然簡(jiǎn)單方便，但有著不可避免的缺點(diǎn)，由于物理參數(shù)難以精確測(cè)量，在建模過程中對(duì)非線性系統(tǒng)進(jìn)行了一些簡(jiǎn)化和線性化處理，影響了模型的精確性。
　　 為了克服傳統(tǒng)的機(jī)理建模方法的缺點(diǎn)，本文采用系統(tǒng)辨識(shí)對(duì)倒立擺進(jìn)行建模，選用的模型是RBF-ARX模型。首先介紹了RBF-ARX模型的基本原理，分析了其在描述非線性特性和局部動(dòng)態(tài)特性方面的優(yōu)越性，以及應(yīng)用于預(yù)測(cè)控制的可行性。文中詳細(xì)說明了數(shù)據(jù)采集的實(shí)驗(yàn)方案，以

3、及模型參數(shù)的初始化方法、參數(shù)辨識(shí)優(yōu)化過程、模型階次的選擇原則，采用SNPOM方法分別對(duì)單輸入單輸出系統(tǒng)和單輸入二輸出系統(tǒng)進(jìn)行模型辨識(shí)，并針對(duì)辨識(shí)出的最佳模型進(jìn)行檢驗(yàn)，比較同階次下RBF-ARX模型與ARX模型的建模結(jié)果，驗(yàn)證了RBF-ARX模型的優(yōu)越性和有效性。
　　 基于系統(tǒng)模型，分別針對(duì)單輸入單輸出系統(tǒng)和單輸入二輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)了直線一級(jí)倒立擺的預(yù)測(cè)控制器，在不同的初始條件下，兩種系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)均達(dá)到了較好的控制效果，在仿真過程