本文關(guān)鍵詞：柔性倒立擺穩(wěn)擺控制方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：倒立擺的運(yùn)行狀態(tài)同人類的行走樣子類似,其平衡時(shí)的形態(tài)與火箭發(fā)射的姿態(tài)又相通,研究具有工程意義。倒立擺系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、構(gòu)件組成參數(shù)和形狀易于改變、成本低廉,且控制效果可以通過其穩(wěn)定性直觀地體現(xiàn)出來等優(yōu)點(diǎn)。而其控制又涉及非線性、魯棒性、鎮(zhèn)定、隨動以及跟蹤等問題,因此對倒立擺系統(tǒng)控制方法研究具有重要的價(jià)值。本論文對柔性倒立擺穩(wěn)擺控制進(jìn)行研究,具體的研究工作可以歸納為以下三個方面:首先,針對加入彈簧系統(tǒng)的柔性倒立擺高階次、強(qiáng)耦合、自然不穩(wěn)定等不確定性因素,采用牛頓力學(xué)方法和拉格朗日方法建立了柔性一級倒立擺和柔性二級倒立擺的數(shù)學(xué)模型,隨后對系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析。然后,針對柔性倒立擺穩(wěn)擺控制,介紹了LQR線性二次型最優(yōu)調(diào)節(jié)器及如何設(shè)計(jì)LQR控制器,介紹常規(guī)滑模變結(jié)構(gòu)控制、趨近律滑模變結(jié)構(gòu)控制以及變指數(shù)趨近律滑模變結(jié)構(gòu)控制以及相應(yīng)控制器設(shè)計(jì)。最后,基于上述控制方法,分別對柔性一級倒立擺系統(tǒng)和柔性二級倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)及仿真。通過MATLAB仿真表明了上述控制方法的可行性,但是LQR控制方法調(diào)節(jié)時(shí)間過長,傳統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)控制擺桿存在一定抖動,基于指數(shù)趨近率的滑模變結(jié)構(gòu)控制控制量的輸入存在一定抖振,增加了控制器的負(fù)擔(dān)。而基于變指數(shù)趨近率的滑模變結(jié)構(gòu)控制方法不僅保證了位置跟蹤速度較快,并且控制量輸入趨于平滑。
【關(guān)鍵詞】：柔性倒立擺 LQR控制 滑模變結(jié)構(gòu) 變指數(shù)趨近律
【學(xué)位授予單位】：長春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP13
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 緒論7-14
• 1.1 論文背景及研究的目的和意義7-8
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀8-13
• 1.2.1 倒立擺結(jié)構(gòu)的研究8-11
• 1.2.2 倒立擺控制方法的研究11-13
• 1.3 論文的章節(jié)安排13
• 1.4 本章小結(jié)13-14
• 第二章 柔性倒立擺數(shù)學(xué)模型的建立14-25
• 2.1 引言14
• 2.2 柔性一級倒立擺數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo)14-19
• 2.2.1 牛頓力學(xué)方法建模15-17
• 2.2.2 拉格朗日方法建模17-19
• 2.3 柔性一級倒立擺系統(tǒng)的性能分析19-20
• 2.3.1 系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析19
• 2.3.2 系統(tǒng)的可控性分析19-20
• 2.4 柔性二級倒立擺數(shù)學(xué)模型的推倒20-23
• 2.5 柔性二級倒立擺系統(tǒng)的性能分析23-24
• 2.5.1 系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析23-24
• 2.5.2 系統(tǒng)的可控性分析24
• 2.6 本章小結(jié)24-25
• 第三章 柔性倒立擺穩(wěn)擺控制方法25-31
• 3.1 線性二次型最優(yōu)調(diào)節(jié)器(LQR)控制基本原理25-26
• 3.2 LQR控制器設(shè)計(jì)26
• 3.3 滑模變結(jié)構(gòu)控制基本原理26-28
• 3.3.1 滑動模態(tài)的定義26-27
• 3.3.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制理論27-28
• 3.3.3 滑動模態(tài)的存在和可達(dá)條件28
• 3.4 滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計(jì)28-30
• 3.4.1 常規(guī)滑模變結(jié)構(gòu)控制方法28-29
• 3.4.2 基于趨近率的滑模變結(jié)構(gòu)控制方法29
• 3.4.3 基于變指數(shù)趨近率的滑模變結(jié)構(gòu)控制方法29-30
• 3.5 本章小結(jié)30-31
• 第四章 柔性一級倒立擺系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)及仿真31-40
• 4.1 引言31
• 4.2 柔性一級倒立擺系統(tǒng)的LQR控制器設(shè)計(jì)31
• 4.3 柔性一級倒立擺系統(tǒng)LQR控制仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析31-34
• 4.4 柔性一級倒立擺系統(tǒng)的滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計(jì)34-38
• 4.4.1 常規(guī)滑模變結(jié)構(gòu)控制設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果分析34-36
• 4.4.2 基于趨近率的滑模變結(jié)構(gòu)控制設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果分析36-37
• 4.4.3 基于變指數(shù)趨近率的滑模變結(jié)構(gòu)控制設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果分析37-38
• 4.5 本章小結(jié)38-40
• 第五章 柔性二級倒立擺系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)及仿真40-51
• 5.1 引言40
• 5.2 柔性二級倒立擺系統(tǒng)的LQR控制器設(shè)計(jì)40
• 5.3 柔性二級倒立擺系統(tǒng)LQR控制仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析40-45
• 5.4 柔性二級倒立擺系統(tǒng)的滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計(jì)45-49
• 5.4.1 常規(guī)滑模變結(jié)構(gòu)控制率設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果分析45-47
• 5.4.2 基于趨近率的滑模變結(jié)構(gòu)控制設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果分析47-48
• 5.4.3 基于變指數(shù)趨近率的滑模變結(jié)構(gòu)控制設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果分析48-49
• 5.5 本章小結(jié)49-51
• 第六章 結(jié)論51-52
• 致謝52-53
• 參考文獻(xiàn)53-57
• 作者簡介57
• 攻讀碩士學(xué)位期間研究成果57

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