直線一級倒立擺起擺與穩(wěn)擺控制研究及控制系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、倒立擺裝置是一個絕對不穩(wěn)定系統(tǒng)，具有高階次、非線性、強(qiáng)耦合等特性，研究倒立擺控制能有效地反映控制中的許多問題。倒立擺研究具有重要的理論價值和應(yīng)用價值，理論上，由于倒立擺控制可以反映控制方法對高階次、不穩(wěn)定、非線性、強(qiáng)耦合系統(tǒng)的控制能力，所以很多控制方法的驗證都是通過對倒立擺控制來實現(xiàn)的；應(yīng)用上，倒立擺廣泛應(yīng)用于控制理論研究、航空航天控制、機(jī)器人、雜技頂桿表演等領(lǐng)域，在自動化領(lǐng)域中具有重要的價值。另外，由于此裝置成本低廉，結(jié)構(gòu)簡單，便于用

2、模擬、數(shù)字等不同方式控制，在控制理論教學(xué)和科研中也有很多應(yīng)用。 本文在闡述了倒立擺研究背景之后，利用拉格朗日建模方法推導(dǎo)出直線一級倒立擺系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，然后對其進(jìn)行局部線性化，并由此推導(dǎo)出了系統(tǒng)的狀態(tài)方程。接下來采用能量反饋的方法進(jìn)行倒立擺的起擺控制，在平衡點附近切換并采用現(xiàn)代控制理論中的狀態(tài)空間極點配置及線性二次型最優(yōu)控制以實現(xiàn)穩(wěn)定控制。對系統(tǒng)設(shè)計控制器，并進(jìn)行了仿真，確定了控制器的各個參數(shù)。最后編寫控制軟件分別在Simuli