發(fā)布時間：2020-07-05 12:31

【摘要】：倒立擺平臺被譽(yù)為控制領(lǐng)域的“明珠”,是一種經(jīng)典的實驗驗證平臺,在研究控制理論算法過程中,可以用于驗證各種先進(jìn)算法,從而幫助理論研究走向?qū)嶋H應(yīng)用,如航空航天、仿人機(jī)器人等工業(yè)領(lǐng)域,具有很強(qiáng)的研究和實踐意義。目前,倒立擺模型已得到了廣泛應(yīng)用,如衛(wèi)星發(fā)射姿態(tài)調(diào)整、電動自平衡車等。傳統(tǒng)倒立擺采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動,具有振動大、精度差的缺點(diǎn),本文采用永磁同步直線電機(jī)(PMSLM)驅(qū)動,省去復(fù)雜傳動機(jī)構(gòu),極大地減少了誤差。并搭建了一級、二級倒立擺平臺,包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、硬件構(gòu)成和軟件資源與交互界面,形成一套先進(jìn)的實驗平臺,用于研究倒立擺穩(wěn)擺與自動起擺控制算法。針對動力學(xué)建模問題,首先建立了永磁同步直線電機(jī)矢量控制模型,然后采用Lagrange方法,搭建了直線一級倒立擺和直線二級倒立擺系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,并分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、能控性和能觀性。針對穩(wěn)擺問題,分別分析了滑模變結(jié)構(gòu)控制(SMC)和魯棒H_∞控制算法的優(yōu)劣,從而設(shè)計了基于滑模變結(jié)構(gòu)的魯棒H_∞控制算法(SMHC),并采用線性矩陣不等式(LMI)方法進(jìn)行滑動模態(tài)P和狀態(tài)反饋矩陣K的優(yōu)化設(shè)計。針對起擺問題,分析了基于能量的方法和傳統(tǒng)Bang-Bang控制方法的優(yōu)缺點(diǎn),設(shè)計了基于能量約束的控制算法(ECBC)。最后,根據(jù)所設(shè)計的算法,分別進(jìn)行了直線電機(jī)的跟蹤控制仿真與實驗,一級倒立擺、二級倒立擺的穩(wěn)擺控制仿真與實驗和一級倒立擺的自動起擺實驗,驗證了算法的可行性和魯棒性。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP13;TM359.4
【圖文】：

圖 1.1 永磁同步直線電機(jī)Fig 1.1 Permanent magnet synchronous linear motor機(jī)無需中間傳動結(jié)構(gòu)如皮帶、聯(lián)軸器、齒輪齒條等，可直接驅(qū)電機(jī)的應(yīng)用場合非常廣，它不僅可以應(yīng)用在位移大、驅(qū)動力強(qiáng)

圖 1.2 直線電機(jī)構(gòu)成Fig 1.2 Composition of linear motor為常見的 U 型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)。直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式一般有管型。

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本文編號：2742606