本文關鍵詞：環(huán)形倒立擺模型分析及控制策略研究

  更多相關文章： 環(huán)形倒立擺 LQR控制 滑�？刂� 超螺旋控制 抖振

【摘要】：倒立擺系統(tǒng)是一個典型的非線性、強耦合、高階次、不確定和快速運動的自然不穩(wěn)定系統(tǒng),其控制目標是實現(xiàn)倒立擺各擺桿之間的穩(wěn)定平衡,并且在不確定擾動下倒立擺系統(tǒng)能夠快速的恢復穩(wěn)定平衡狀態(tài)。它是研究和驗證各種控制策略的一種非常典型的實驗平臺,因而對它的研究具有重要的工程背景和實際意義。因此,本文對環(huán)形一級、二級倒立擺控制系進行的設計,同時進行了環(huán)形一級、二級倒立擺的控制試驗。主要完成以下工作:首先,分析環(huán)形一級、二級倒立擺系統(tǒng)模型,利用Lagrange方法建立系統(tǒng)的數(shù)學模型,并對系統(tǒng)的能控性、能觀性和相對能控性進行分析,驗證系統(tǒng)的自然不穩(wěn)定性。其次,主要圍繞環(huán)形一級、二級倒立擺系統(tǒng),進行了LQR控制方法的研究。在MATLAB環(huán)境中進行仿真實驗,完成了對模型的穩(wěn)定控制,得到了良好的控制效果。此外,利用遺傳算法對LQR中參數(shù)尋優(yōu),得到最優(yōu)控制參數(shù)。在此基礎上,搭建環(huán)形一級、二級倒立擺實時控制模塊,在實物上進行驗證,證明算法的正確性及可實現(xiàn)性。最后,本文使用超螺旋滑模控制方法對環(huán)形一級倒立擺進行仿真實驗,選擇滑模面并設計滑模面參數(shù),同時對控制器進行改進,實現(xiàn)了模型的穩(wěn)定控制。此外,利用遺傳算法對參數(shù)進行尋優(yōu),得到最優(yōu)仿真的參數(shù),可以有效地減小滑�？刂浦挟a生的抖震及其他問題。在此基礎上,搭建基于滑�？刂扑惴ǖ膶崟r控制模塊,實現(xiàn)在環(huán)形一級倒立擺實物的控制。
【關鍵詞】：環(huán)形倒立擺 LQR控制 滑模控制 超螺旋控制 抖振
【學位授予單位】：東北電力大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP13
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-13
• 1.1 倒立擺系統(tǒng)的研究意義8
• 1.2 倒立擺系統(tǒng)的基本理論8-9
• 1.3 倒立擺的國內外發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀9-12
• 1.3.1 倒立擺國內外發(fā)展歷史9-10
• 1.3.2 倒立擺系統(tǒng)研究現(xiàn)狀10-12
• 1.4 論文的主要工作12-13
• 第2章 環(huán)形倒立擺的建模及穩(wěn)定性分析13-26
• 2.1 倒立擺系統(tǒng)13-14
• 2.1.1 倒立擺系統(tǒng)的分類13-14
• 2.1.2 環(huán)形一級倒立擺的結構及工作原理14
• 2.2 環(huán)形倒立擺系統(tǒng)數(shù)學模型的建立14-23
• 2.2.1 環(huán)形一級倒立擺系統(tǒng)數(shù)學模型15-20
• 2.2.2 環(huán)形二級倒立擺數(shù)學模型的建立20-23
• 2.3 環(huán)形倒立擺系統(tǒng)性能分析23-25
• 2.3.1 環(huán)形一級倒立擺系統(tǒng)性能分析24
• 2.3.2 環(huán)形二級倒立擺系統(tǒng)性能分析24-25
• 2.4 本章小結25-26
• 第3章 環(huán)形倒立擺的LQR控制器設計與實現(xiàn)26-36
• 3.1 引言26
• 3.2 LQR控制方法26-29
• 3.2.1 LQR控制方法原理26-27
• 3.2.2 LQR控制器的設計思路27-28
• 3.2.3 LQR控制器的設計28-29
• 3.3 LQR控制器的優(yōu)化29-31
• 3.3.1 遺傳算法GA29-30
• 3.3.2 遺傳算法的參數(shù)控制30
• 3.3.3 LQR控制器的遺傳算法優(yōu)化30-31
• 3.4 基于LQR的環(huán)形倒立擺實時控制31-35
• 3.4.1 環(huán)形一級倒立擺實時控制31-33
• 3.4.2 環(huán)形二級倒立擺實時控制33-35
• 3.5 本章小結35-36
• 第4章 基于高階滑�？刂频沫h(huán)形一級倒立擺穩(wěn)定控制及實現(xiàn)36-56
• 4.1 引言36-37
• 4.2 經典滑�？刂评碚�37-41
• 4.2.1 滑模變結構控制定義37-38
• 4.2.2 滑動模態(tài)的存在及到達條件38-39
• 4.2.3 等效控制及滑動模態(tài)方程39
• 4.2.4 滑模控制器的設計39-40
• 4.2.5 抖振現(xiàn)象40-41
• 4.3 高階滑�？刂评碚�41-45
• 4.3.1 高階滑模的定義42
• 4.3.2 二階滑�？刂�42-45
• 4.4 基于超螺旋控制器的環(huán)形一級倒立擺控制系統(tǒng)設計45-50
• 4.5 超螺旋控制器的遺傳算法優(yōu)化50-52
• 4.6 基于超螺旋控制器的環(huán)形一級倒立擺實時控制52-55
• 4.7 本章小結55-56
• 結論56-57
• 參考文獻57-61
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文61-64
• 致謝64

【參考文獻】

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本文編號：548491