控制理论实验系统设计开题报告.doc

本科毕业设计(论文)开题报告
题目控制理论实验系统设计
指导教师
院(系、部) 机械工程学院
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一、选题的目的、意义和研究现状
  倒立摆是一个典型的快速、多变量、非线性、绝对不稳定系统。通过对它的研究不仅可以解决控制中的理论问题,还能将控制理论涉及的三个主要基础学科:力学、数学和电学(包含计算机)进行有机的综合应用,对倒立摆系统的稳定性研究在理论上和方法上具有深远的意义。对倒立摆的研究可以归结为对非线性、多变量、不稳定系统的研究。
倒立摆的控制是控制理论应用的一个典型范例,一个稳定的倒立摆系统对于证实状态空间理论的实用性是非常有用的,倒立摆系统就其本身而言是一个非最小相位、,从理论上需涉及系统的非线性、解耦、小时间常数及不稳定问题. 倒立摆系统在控制理论研究中是一种较为理想的实验装置。倒立摆系统可以用多种理论和方法来实现其稳定控制,如PID、自适应、状态反馈、智能控制、模糊控制及人工神经元网络等多种理论和方法,都能在倒立摆系统控制上得到实现,而且当一种新的控制理论和方法提出以后,在不能用理论加以严格证明时,可以考虑通过倒立摆装置来验证其正确性和实用性。
倒立摆的研究具有重要的工程背景:
(1)机器人的站立与行走类似双倒立摆系统,尽管第一台机器人在美国问世至今已有三十年的历史,机器人的关键技术——机器人的行走控制至今仍未能很好解决。
(2)在火箭等飞行器的飞行过程中,为了保持其正确的姿态,要不断进行实时控制。
(3)通信卫星在预先计算好的轨道和确定的位置上运行的同时,要保持其稳定的姿态,使卫星天线一直指向地球,使它的太阳能电池板一直指向太阳。
(4)侦察卫星中摄像机的轻微抖动会对摄像的图像质量产生很大的影响,为了提高摄像的质量,必须能自动地保持伺服云台的稳定,消除震动。
(5)为防止单级火箭在拐弯时断裂而诞生的柔性火箭(多级火箭),其飞行姿态的控制也可以用多级倒立摆系统进行研究。
由于倒立摆系统与双足机器人、火箭飞行控制和各类伺服云台稳定有很大相似性,因此对倒立摆控制机理的研究具有重要的理论和实践意义。
二、研究方案及预期结果
本系统采用状态反馈法控制二级倒立摆系统。二级倒立摆系统共有六个状态变量,分别是小车位置x、两个摆角度和、速度和两个摆角速度和,其中小车位置、两个摆角度分别由电位器0、电位器1、电位器2测量所得,而小车的速度和两个摆角速度由小车位置、两个摆角度经微分变换所得。通过控制小车位置x使倒立摆在不稳定的平衡点附近的运动成为一个稳定的运动,控制夹角,,整个过程是个动态平衡。要想使倒立摆静止直立在平衡位置,不仅办不到,而且也是不可能的,只能是在平衡位置处的振荡,因此系统存在误差,即使加入积分环节也不可能消除,而且加入积分环节,会使整个系统的快速性和稳定性下降,于是我们考虑对二级倒立摆的控制核心是基于PD控制的智能控制。。

二级倒立摆系统结构简图


三、研究进度
⒈进行毕业实习(1—4周)
⒉进行总体方案的讨论和修改,最后确定总体