基于離散時間輸出調節(jié)方法的倒立擺系統(tǒng)跟蹤控制研究.pdf

1、倒立擺系統(tǒng)被視為檢驗各種先進控制方法的典型標桿性系統(tǒng)，在機器人控制、航天技術等領域有著廣泛應用。由于倒立擺系統(tǒng)是一類不穩(wěn)定、多變量和強耦合的非線性系統(tǒng)，基于非簡化的非線性模型設計反饋控制律實現其鎮(zhèn)定和跟蹤控制問題具有一定的挑戰(zhàn)性。此外，大部分非線性控制律是通過數字控制器實現的。傳統(tǒng)的控制方法在解決倒立擺系統(tǒng)的高精度控制問題上具有一定的局限性。而非線性輸出調節(jié)理論可以很好的實現精確跟蹤參考軌跡、干擾抑制和參數魯棒性等多個目標。因此，采用離

2、散時間非線性輸出調節(jié)理論研究倒立擺的位置跟蹤問題具有重要意義。
　　本論文主要研究了兩類倒立擺系統(tǒng)的位置跟蹤問題。主要的研究工作如下:
　　(1)研究了具有多輸入多輸出的球形倒立擺系統(tǒng)的位置跟蹤控制問題。這一問題可以被描述為典型的離散時間非線性輸出調節(jié)問題。解決離散時間非線性輸出調節(jié)問題的關鍵在于求解一組被稱為離散調節(jié)器方程的代數函數方程。本文首先利用中心流形定理驗證了與球形倒立擺系統(tǒng)對應的離散調節(jié)器方程的可解性，然后利用神

3、經網絡方法解決了這一跟蹤問題。最后，將神經網絡方法與傳統(tǒng)的線性控制方法進行了比較。仿真結果驗證了設計的有效性和優(yōu)越性。
　　(2)研究了具有單輸入單輸出的直線電機倒立擺系統(tǒng)的位置跟蹤控制問題。這一問題可以被描述為典型的離散時間非線性輸出調節(jié)問題。相對于傳統(tǒng)的旋轉電機，直線電機具有高精度、快速響應、可靠性好、擾動小等許多優(yōu)點。但導軌上的摩擦力仍對倒立擺系統(tǒng)的控制精度有著較大的影響。因此，本文將神經網絡方法和摩擦力前饋補償方法相結合提