直線倒立擺的起擺和穩(wěn)擺智能控制研究.pdf

1、直線倒立擺具有多個(gè)輸入輸出控制量、嚴(yán)重非線性、不穩(wěn)定等特點(diǎn)，它是研究能量控制、平衡性控制等控制理論和開展各種控制實(shí)驗(yàn)的理想平臺(tái)，在航天、機(jī)器人等領(lǐng)域中有著廣泛的用途。目前，有關(guān)直線倒立擺的研究主要集中于自起擺控制與穩(wěn)擺控制領(lǐng)域，在起擺控制方面，由于系統(tǒng)本體的條件限制，采用原始的能量法實(shí)現(xiàn)快速搖起控制的成功率一般較差;而在穩(wěn)定控制方面，研究成果大多是從理論角度并采用單一智能控制算法實(shí)現(xiàn)，各種智能控制方法之間及與傳統(tǒng)PID等算法相結(jié)合的研究

2、還很少見。針對(duì)上述問(wèn)題，本文基于模糊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等混合智能控制方法，在直線一級(jí)、二級(jí)倒立擺的起擺和穩(wěn)擺控制的理論和實(shí)驗(yàn)方面進(jìn)行了深入的研究，具體內(nèi)容為:
　　 首先，分別采用牛頓-歐拉方法和拉格朗日方法建立直線一級(jí)、二級(jí)倒立擺的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)各自的狀態(tài)方程，并分析了兩種倒立擺系統(tǒng)的可控性、可觀測(cè)性和穩(wěn)定性;
　　 其次，設(shè)計(jì)一種基于Lyapunov能量反饋的優(yōu)化起擺控制策略，實(shí)現(xiàn)了直線一級(jí)倒立擺系統(tǒng)快速起擺的實(shí)時(shí)控制，進(jìn)而

3、在綜合考慮擺桿切換角度、穩(wěn)擺角度范圍和小車偏移量等因素的情況下，設(shè)計(jì)切換控制策略，從實(shí)驗(yàn)角度實(shí)現(xiàn)了直線一級(jí)倒立擺起擺控制到穩(wěn)定控制的平穩(wěn)過(guò)渡;
　　 再次，根據(jù)智能控制方法不基于被控對(duì)象精確數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自組織、自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)能力，采用小車跟蹤方波信號(hào)獲取樣本數(shù)據(jù)，提出了BP、RBF、ANFIS、KOHONEN等神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID控制相結(jié)合的直線一級(jí)倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)擺控制策略，并完成了相應(yīng)的仿真和實(shí)驗(yàn)研究;