基于直線二級(jí)倒立擺控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、倒立擺系統(tǒng)是一個(gè)典型的單輸入、多輸出的系統(tǒng)。它囊括了控制理論中的許多典型問(wèn)題：魯棒性問(wèn)題、跟蹤性問(wèn)題、隨動(dòng)性等問(wèn)題，是控制領(lǐng)域的典型研究對(duì)象，同時(shí)它的研究有著很重要的實(shí)際意義，許多實(shí)際工程的控制對(duì)象都是基于倒立擺的模型，其中包括航空航天、雙足機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃和其他一般的工業(yè)控制等。
　　對(duì)于倒立擺系統(tǒng)的研究，學(xué)者們不單單局限于關(guān)注對(duì)其理論分析和控制算法的仿真及其優(yōu)化，越來(lái)越多的人投入到硬件平臺(tái)的搭建和倒立擺實(shí)物控制中。本課題將實(shí)驗(yàn)

2、室現(xiàn)有的固高天龍I型直線二級(jí)倒立擺作為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)倒立擺裝置的各個(gè)參數(shù)的測(cè)量，分別用牛頓力學(xué)定理和拉格朗日方程法對(duì)該系統(tǒng)建立一級(jí)和二級(jí)數(shù)學(xué)模型；通過(guò)分析系統(tǒng)模型，得到系統(tǒng)的能控能觀性與相對(duì)能控度。通過(guò)matlab分別選取經(jīng)典控制理論中的PID控制算法和線性控制理論中的最優(yōu)控制理論（LQR）對(duì)該系統(tǒng)的二級(jí)模型進(jìn)行仿真，由仿真結(jié)果知LQR的控制效果更好。硬件部分中，改造原有的GT-400-SV-PCI運(yùn)動(dòng)控制卡結(jié)構(gòu)，利用TMS320LF

3、2407作為核心控制搭建一個(gè)基于數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的最小系統(tǒng)。整個(gè)硬件系統(tǒng)由反饋模塊、受控模塊、決策模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、通訊模塊、行程保護(hù)模塊組成。軟件部分，完成了數(shù)據(jù)的采集和濾波、并移植 LQR法至微控制器中，通過(guò)計(jì)算電機(jī)輸出量控制系統(tǒng)的平衡。
　　整個(gè)論文既有動(dòng)力學(xué)模型的推導(dǎo)分析，又有控制算法的仿真與實(shí)際實(shí)物的調(diào)試驗(yàn)證，它對(duì)相關(guān)理論教學(xué)和雙足機(jī)器人的研究有著指導(dǎo)意義。最后，對(duì)本論文進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)下一步要進(jìn)行的工作提出了自己的