直线一级倒立摆的起摆及稳摆的智能控制硕士论文.pdf

山东大学
硕士学位论文
直线一级倒立摆的起摆及稳摆的智能控制
姓名:祝洁
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:王划一
20090510
摘要山东大学硕士学位论文对于倒立摆系统的控制研究长期以来被认为是控制理论及其应用领域里引起人们极大兴趣的问题。倒立摆系统是一个典型的快速、多变量、非线性、不稳定系统。研究倒立摆控制能有效地反映控制中的许多问题。倒立摆研究具有重要的理论价值和应用价值。理论上,它是检验各种新的控制理论和方法的有效实验装置。应用上,倒立摆广泛应用于控制理论研究、航空航天控制、机器人、杂技顶杆表演等领域,在自动化领域中具有重要的价值。另外,由于此装置成本低廉,结构简单,便于用模拟、数字等不同方式控制,在控制理论教学和科研中也有很本论文中,以一级倒立摆为研究对象,对它的起摆以及稳定控制做了研究。主要研究工作如下:紫冉樯芰说沽谙低车淖槌珊涂刂圃恚⒘艘患兜沽诘氖型,对倒立摆系统进行定性分析,证明倒立摆开环不稳定的,但在平衡点是能控治隽说沽诘钠鸢诠蹋缘沽诘钠鸢谀芰糠蠢】刂平蟹治鲇胨杓屏薖控制器和线性二次型钣趴刂破鳎韵低辰蟹抡娑比研究,对不同的输入响应以及不同的初始条件下的响应进行对比仿真,实验表明刂破髯魑7蠢〈ǖ莺峁辜虻ィǹ刂频男Ч圆钜恍琇最优控制是一种较成熟的现代控制理论方法,其控制效果较好,可以用在实时性要求较高的场合。但被控系统的复杂性、非线性的增加控制性能会降低,由此,我们需要研究更有效的控制方法。沽谀:刂扑惴ㄑ芯浚鸢诘哪:刂疲劝谠擞米钣趴刂品椒ㄉ杓了融合函数,减少了模糊控制器的输入变量维数,成功解决了“规则爆炸奈题。在此基础上,根据以调节摆杆角度为主,然后在进行小车位置控制的原则,设计了模糊刂破鳎迪侄园诟私嵌鹊目刂啤R缘鹘诎诟私嵌任V鳎缓蠼行小车控制,小车位移用一个二维的模糊控制器控制,同样可以避免规则爆炸。陨杓频哪:刂破骼肕蟹抡媸笛椋髡问玫降姆多应用。的、能观的。明。
山东大学硕士学位论文真结果表明,控制方案具有良好的控制效果。环境下实现了实时控制。给出了一级倒立摆起摆和稳定时各状态变量的响应曲线和控制量曲线,实时控制结果表明单级直线倒立摆系统的起摆芰糠蠢与稳定谢坏絃刂凭哂辛己玫目刂菩果和抗扰动性。关键词:倒立摆;起摆;能量控制;模糊控制;模糊刂詈笤赟—
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日期:必一肜论文作者签名:左盈泣原创性声明论文作者签名:血关于学位论文使用授权的声明对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。式标明。本声明的法律责任由本人承担。C苈畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑导师签名:日本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅;本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。。,.·.
课题来源第一章绪论山东大学硕士学位论文近几十年来,航空航天和工业过程等领域的研究发展不断向控制理论提出一系列的挑战性问题,对这些问题的研究又有力的推动着控制理论的发展。倒立摆系统作为研究控制理论的一种典型的实验装置,具有成本低廉、结构简单、物理参数和结构易于调整的优点。倒立摆系统本身具有高阶次、多变量、不稳定、非线性和强耦合性,是一个绝对不稳定系统,必须采用十分有效的控制策略才能使之稳定。倒立摆系统是研究变结构控制.、非线性控制、目标定位控制和智能控制等控制方法的理想实验平台,被誉为:“控制领域中的一颗明珠”【.沽谙低臣蚪倒立摆,顾名思义,是处于倒置不稳定状态,人为控制使其处于动态平衡的一种摆,一般是由一个可以在水平轨道上自由移动的小车和倒置摆铰链而成,倒立摆的种类很多,目前研究的均为二维空间即平面内摆动的摆,可粗略分为:一节、二节、倾斜轨道式倒立摆。根据研究的目的和方法不同,又有悬挂式倒立摆、球平衡系统和平行式倒立摆。倒立摆的工作原理大体相同,即用一种强有力的控制方法对小车的速度作适当的控制,从而使全部摆杆倒置稳定于正上方,这个系统也叫自动平衡车。悬挂式倒立摆系统开始工作时,首先使小车按摆杆的自由振荡频率摆动,摆杆随之大幅度摆动,当摆杆接近于倒立摆垂直位置时,自动转换控制方法,使其稳定于倒置状态。随着倒立摆系统的控制研究的不断深人,倒立摆系统的种类也由简单的单线倒立摆发展为多种形式的倒立摆。常见的倒立摆系统一般由小车和摆杆两部分构成碛行