本文關(guān)鍵詞：倒立擺建模、仿真與控制，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：倒立擺是一個(gè)具有高階次、不穩(wěn)定、多變量、非線性和強(qiáng)藕合特性的系統(tǒng),在控制領(lǐng)域里,倒立擺系統(tǒng)的控制一直是人們討論和研究的主要內(nèi)容。許多控制理論方面的學(xué)者以倒立擺系統(tǒng)為被控對(duì)象,將最新研究的還未被證實(shí)的控制方法應(yīng)用到系統(tǒng)中驗(yàn)證算法的有效性和可行性。本文以二級(jí)倒立擺模型為被控對(duì)象,主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)對(duì)倒立擺系統(tǒng)的研究背景、研究意義、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和研究趨勢(shì)等作了大體的概述,并結(jié)合文獻(xiàn)資料簡(jiǎn)單地介紹了倒立擺系統(tǒng)的多種控制算法。(2)詳細(xì)分析了倒立擺系統(tǒng)的原理,通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行受力分解,采用機(jī)理建模法得到直線倒立擺系統(tǒng)的微分方程,并將其轉(zhuǎn)化為狀態(tài)方程。在Simulink環(huán)境中搭建出被控對(duì)象的仿真模塊,同時(shí)介紹了模塊的多種搭建方法。(3)因?yàn)榭刂评碚摻?jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段:經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論,所以本文對(duì)三個(gè)發(fā)展階段中的經(jīng)典控制方法稍加改進(jìn),進(jìn)行對(duì)倒立擺系統(tǒng)的控制,控制算法分別為:PID控制算法、帶觀測(cè)器的狀態(tài)反饋控制算法、線性二次型最優(yōu)控制算法、基于Kalman濾波的LQR控制算法以及模糊控制算法,經(jīng)過(guò)仿真后得出,模糊控制器與其他所設(shè)計(jì)的控制器相比,便于設(shè)計(jì),節(jié)省時(shí)間,能得到較好的輸出。(4)在實(shí)物控制中,由于能力限制,只針對(duì)直線一級(jí)倒立擺進(jìn)行制作,以飛思卡爾系列的K60為主控制芯片進(jìn)行直線一級(jí)倒立擺的實(shí)時(shí)控制。
【關(guān)鍵詞】：倒立擺系統(tǒng) 建模 控制 仿真
【學(xué)位授予單位】：青島大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP13
【目錄】：

• 摘要2-3
• abstract3-6
• 第一章 緒論6-12
• 1.1 倒立擺的研究背景與意義6
• 1.2 倒立擺系統(tǒng)概述6-10
• 1.2.1 倒立擺系統(tǒng)的組成6-7
• 1.2.2 倒立擺的分類(lèi)7-8
• 1.2.3 倒立擺系統(tǒng)的工作原理8
• 1.2.4 倒立擺的控制方法8-10
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容及安排10-12
• 第二章 數(shù)學(xué)模型的建立12-20
• 2.1 建模概述12
• 2.2 二級(jí)倒立擺數(shù)學(xué)模型的建立12-18
• 2.3 數(shù)學(xué)模型的搭建18-19
• 2.4 本節(jié)的主要內(nèi)容19-20
• 第三章 系統(tǒng)性能分析20-22
• 3.1 倒立擺系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析20
• 3.2 能控性、能觀性分析20-21
• 3.3 本節(jié)研究?jī)?nèi)容21-22
• 第四章 倒立擺控制器的設(shè)計(jì)與仿真22-42
• 4.1 PID控制22-24
• 4.1.1 PID控制器簡(jiǎn)介22-23
• 4.1.2 二級(jí)倒立擺PID控制的仿真23-24
• 4.2 基于狀態(tài)觀測(cè)器的狀態(tài)反饋控制24-28
• 4.2.1 基于觀測(cè)器的狀態(tài)反饋控制器簡(jiǎn)介24-26
• 4.2.2 二級(jí)倒立擺狀態(tài)反饋控制的仿真26-28
• 4.3 線性二次型最優(yōu)控制28-31
• 4.3.1 線性二次型最優(yōu)控制器簡(jiǎn)介28
• 4.3.2 倒立擺LQR控制實(shí)驗(yàn)仿真28-31
• 4.4 基于卡爾曼濾波的LQR控制31-34
• 4.4.1 基于卡爾曼濾波的LQR控制簡(jiǎn)介31-32
• 4.4.2 二級(jí)倒立擺卡爾曼濾波器的LQR控制器仿真32-34
• 4.5 模糊控制34-40
• 4.5.1 模糊控制簡(jiǎn)介34-38
• 4.5.2 二級(jí)倒立擺模糊控制仿真38-40
• 4.6 控制方法的對(duì)比分析40-41
• 4.7 本節(jié)內(nèi)容41-42
• 第五章 直線一級(jí)倒立擺實(shí)物控制42-50
• 5.1 直線一級(jí)倒立擺原理分析42
• 5.2 直線一級(jí)倒立擺受力分析42-43
• 5.3 直線一級(jí)倒立擺電路設(shè)計(jì)43-48
• 5.3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)44-45
• 5.3.2 傾角傳感器電路45-46
• 5.3.3 速度傳感器電路46-47
• 5.3.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路47-48
• 5.3.5 電源48
• 5.4 軟件環(huán)境介紹48-49
• 5.5 本節(jié)內(nèi)容49-50
• 第六章 結(jié)論與展望50-52
• 參考文獻(xiàn)52-54
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果54-56
• 致謝56-57

  本文關(guān)鍵詞：倒立擺建模、仿真與控制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：301094