倒立擺系統(tǒng)是一種典型的復(fù)雜難控系統(tǒng),倒立擺的研究可歸結(jié)為對(duì)非線性多變量、絕對(duì)不穩(wěn)定系統(tǒng)的研究。采用智能控制方法對(duì)倒立擺的穩(wěn)定控制的研究已取得了不少成就,但對(duì)具有大范圍非線性且存在強(qiáng)烈車(chē)擺耦合的小車(chē)—倒立擺系統(tǒng)的擺起倒立控制的研究,并在MATLAB的Simulink環(huán)境下實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的還很少。本文具體工作包括:首先闡述了倒立擺系統(tǒng)控制研究的發(fā)展過(guò)程和控制現(xiàn)狀,介紹了倒立擺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型,并詳細(xì)推導(dǎo)驗(yàn)證了一級(jí)倒立擺和二級(jí)倒立擺的數(shù)學(xué)模型,分析了不同的建模的方法。其次本論文以單電機(jī)驅(qū)動(dòng)下在受限軌道上運(yùn)動(dòng)的小車(chē)—單擺系統(tǒng)作為控制對(duì)象,以擬人智能控制理論為基礎(chǔ),對(duì)其進(jìn)行控制算法研究以及實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā),并以MATLAB語(yǔ)言及其SIMULINK工具為基礎(chǔ),做了大量的仿真研究工作。再次應(yīng)用遺傳算法對(duì)倒立擺控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu),得到了滿意的結(jié)果。最后在MATLAB的Simulink環(huán)境下搭建了實(shí)時(shí)控制系統(tǒng),以較簡(jiǎn)單的控制模式成功地實(shí)現(xiàn)了小車(chē)—單擺的擺起倒立控制,最終實(shí)現(xiàn)了倒立擺系統(tǒng)的自動(dòng)起擺和穩(wěn)定控制,達(dá)到了預(yù)期的效果.。研究結(jié)果表明:在對(duì)象模型未知的情況下,在MATLAB的Simul... 

【文章來(lái)源】：武漢科技大學(xué)湖北省

【文章頁(yè)數(shù)】：73 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

直線一級(jí)倒立擺系統(tǒng)

建立它的數(shù)學(xué)模型。 建立數(shù)學(xué)模型由兩種方法門(mén)學(xué)科領(lǐng)域提出來(lái)的物質(zhì)和能量的守恒性和連續(xù)。這種方法得出的數(shù)學(xué)模型稱(chēng)為機(jī)理模型或解析另一種是從系統(tǒng)運(yùn)行和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立系統(tǒng)的模型。 倒立擺的形狀較為規(guī)則，而且是一個(gè)絕對(duì)不取其數(shù)學(xué)模型，故適合用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行理論推導(dǎo)一級(jí)倒立擺和直線二級(jí)倒立擺進(jìn)行建模。牛頓－歐拉方法建模[4]由于其本身是自不穩(wěn)定的系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)建模存在一些次要的因素后，倒立擺系統(tǒng)就是一個(gè)典型的運(yùn)經(jīng)典力學(xué)理論建立系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程。下面我們級(jí)倒立擺系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。，各種摩擦之后，可將直線一級(jí)倒立擺系統(tǒng)抽象 所示。

（a） 小車(chē)隔離受力圖 （b） 擺桿隔離受力圖圖 2.2 倒立擺系統(tǒng)受力分析不妨做以下假設(shè)：M 小車(chē)質(zhì)量 1.096 kgm 擺桿質(zhì)量 0.109 kgb 小車(chē)摩擦系數(shù) 0.1 N/m/secl 擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)軸心到桿質(zhì)心的長(zhǎng)度 0.25 mI 擺桿慣量 0.0034 kg*m2F 加在小車(chē)上的力x 小車(chē)位置φ 擺桿與垂直向上方向的夾角θ 擺桿與垂直向下方向的夾角（考慮到擺桿初始位置為豎直向下）根據(jù)圖 2.2（a），分析小車(chē)水平方向所受的合力，可以得到以下方程：Mx = F bx N由擺桿水平方向的受力進(jìn)行分析可以得到下面等式：

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]二級(jí)倒立擺的半物理仿真模型研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 張小慶,李興城.  微計(jì)算機(jī)信息. 2004(10)
[2]單擺甩起時(shí)間優(yōu)化軌跡的計(jì)算方法[J]. 王鐵軍,張明廉,王小虎.  系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào). 2004(05)
[3]基于物理模型的擬人智能控制[J]. 李誠(chéng),張明廉.  航空學(xué)報(bào). 2004(02)
[4]一種擬人智能控制的控制律定量方法[J]. 司昌龍,張明廉.  系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào). 2004(03)
[5]倒立擺控制的無(wú)擾切換[J]. 黃祖毅,李東海,姜學(xué)智,孫立明.  清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2004(02)
[6]倒立單擺擺起開(kāi)環(huán)控制律的最優(yōu)化算法[J]. 侯祥林,叢德宏,徐心和.  東北大學(xué)學(xué)報(bào). 2004(01)
[7]倒立擺系統(tǒng)的非線性穩(wěn)定控制及起擺問(wèn)題的研究[J]. 付瑩,張廣立,楊汝清.  組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù). 2003(01)
[8]擬人控制二維單倒立擺[J]. 張明廉,孫昌齡,楊亞煒.  控制與決策. 2002(01)
[9]單級(jí)倒立擺三種控制方法的對(duì)比研究[J]. 叢爽,張冬軍,魏衡華.  系統(tǒng)工程與電子技術(shù). 2001(11)
[10]倒立擺與自動(dòng)控制技術(shù)研究[J]. 張葛祥,李眾立,畢效輝.  西南工學(xué)院學(xué)報(bào). 2001(03)



本文編號(hào)：3357130