直線一級倒立擺的摩擦補償及自適應(yīng)控制研究.pdf

1、摩擦是一種復(fù)雜的非線性物理現(xiàn)象，它普遍存在于各種機(jī)電伺服系統(tǒng)中。摩擦的影響表現(xiàn)為低速時的粘滑運動(stick-slip motion)、較大的穩(wěn)態(tài)誤差(steady state error)以及極限環(huán)振蕩(limit cycle oscillation)等，甚至?xí)?dǎo)致控制系統(tǒng)不穩(wěn)定?，F(xiàn)在對倒立擺的研究都只考慮了粘性摩擦(viscous friction)，但實際系統(tǒng)中的摩擦現(xiàn)象遠(yuǎn)不止這一種，這就導(dǎo)致了小車位置所出現(xiàn)的極限環(huán)振蕩。為了減小

2、摩擦所帶來的影響，消除這種振蕩，本文以直線一級倒立擺為對象，研究了其摩擦補償問題，主要內(nèi)容如下：
　　首先，使用拉格朗日法對直線一級倒立擺建立了數(shù)學(xué)模型，在不考慮摩擦補償?shù)那闆r下設(shè)計了它的 LQR控制器，以使倒立擺系統(tǒng)的擺桿穩(wěn)定；使用遺傳算法作為優(yōu)化工具對指數(shù)以及 LuGre摩擦模型中的參數(shù)辨識進(jìn)行了算法設(shè)計，并對參數(shù)進(jìn)行了辨識，該方法有效地避免了采用線性辨識的方法時易出現(xiàn)的局部極小值問題。
　　其次，分別應(yīng)用基于模型的固定

3、補償和自適應(yīng)補償方法對倒立擺系統(tǒng)中的摩擦進(jìn)行了補償。固定補償部分首先應(yīng)用遺傳算法辨識所得的參數(shù)驗證了小車位置所出現(xiàn)的極限環(huán)振蕩是由小車與導(dǎo)軌之間的非線性摩擦所導(dǎo)致的，而后分別對不同的摩擦模型設(shè)計新的控制器，以完成對摩擦的補償。自適應(yīng)補償采用基于RBF網(wǎng)絡(luò)的帶有動量的δ學(xué)習(xí)規(guī)則對系統(tǒng)中的摩擦進(jìn)行了辨識及補償。分別應(yīng)用 SIMULINK搭建控制框圖對所設(shè)計的固定補償器和自適應(yīng)補償器進(jìn)行仿真實驗，結(jié)果證明了所設(shè)計的兩種控制器的有效性、可行性。