基于偏差函數的倒立擺起擺策略研究.pdf

1、倒立擺系統作為一個復雜、不穩(wěn)定的非線性系統，在控制理論與控制算法的驗證方面起著重要作用。倒立擺系統的研究方法與思想也被廣泛用于雙足機器人行走的平衡控制、多級火箭發(fā)射控制及衛(wèi)星姿態(tài)控制等多個重要研究方向。倒立擺系統以其成本低、結構相對簡單、參數易于調整等優(yōu)點，一直吸引著人們的關注和研究。如何快速實現倒立擺的起擺，并在較大角度范圍內實現倒立擺的穩(wěn)擺是一個重要的控制問題。本論文提出了一種基于偏差函數的起擺策略，依次分別對一級倒立擺和二級倒立擺

2、進行起擺控制。本文的主要工作如下:
　　(1)建立了倒立擺系統的非線性數學模型，在平衡點附近進行了處理，使其在局部可以當做一個線性模型來求解。并分析了倒立擺系統在平衡點處的能控性、能觀測性和穩(wěn)定性。
　　(2)針對一級倒立擺系統，設計并仿真實現了基于偏差函數的起擺控制策略。通過引入一個與角度相關的偏差函數來調節(jié)控制量，其優(yōu)點在于當擺桿處于自然下垂狀態(tài)時施加的控制量比較大，易于實現快速起擺，也便于調節(jié)控制參數。在滿足設定條件時

3、，誤差反饋函數可以設計成多種形式。與能量控制、模糊控制、棒棒控制等常用的起擺控制方法相比，基于誤差反饋的方法能在較短的時間內實現起擺。在選取同樣的反饋函數并設定相同初始控制量的情況下，對不同長度擺桿的倒立擺系統進行了起擺控制仿真。結果顯示擺桿能夠在短時間內被甩到豎直向上的平衡位置，這說明基于誤差反饋的控制策略具有魯棒性。
　　(3)將所提出的誤差反饋方法應用于二級倒立擺的起擺控制器設計。首先，采用逐級起擺方式，根據擺桿起擺的過程，