不穩(wěn)定對象的控制方法研究及在倒立擺中的應用.pdf

1、在現代工業(yè)控制領域中，我們所接觸的被控對象大多數都是穩(wěn)定的，其實不穩(wěn)定對象也是普遍存在的。穩(wěn)定對象的控制策略較為容易，選擇合適的控制方法即可達到較好的控制效果。而與穩(wěn)定對象相比，不穩(wěn)定對象的特性則比較復雜，由于它復平面的右半平面既包含極點又包含了零點，不僅使系統(tǒng)很難實現鎮(zhèn)定，而且對系統(tǒng)的一些性能也造成了很大的限制，大多情況下無法對系統(tǒng)的控制進行直接設計，在系統(tǒng)分析與研究的問題上帶來了很大的問題，所以不穩(wěn)定對象的控制難度也較大，因此要選擇

2、合適又有效的控制方法才可以達到較好的控制效果。我們大家所熟知的一個經典的不穩(wěn)定對象的實例，就是倒立擺系統(tǒng)。倒立擺系統(tǒng)本身就是絕對不穩(wěn)定的，同時它還具有強耦合性、非線性、多變量以及高階次等特性。近年來，倒立擺系統(tǒng)作為控制理論研究中的一種比較理想的實驗裝置，一直是研究學者廣泛應用的，所以本次課題選擇二級倒立擺系統(tǒng)作為控制的對象，由此來研究不穩(wěn)定對象的特性。
　　 因為二級倒立擺系統(tǒng)本身固有的這種復雜特性，采用常規(guī)的控制器很難對其進行

3、很好的控制，控制效果也并不理想。所以，我們將引入抗干擾能力強、魯棒性較好的適合于控制高階非線性系統(tǒng)的自抗擾控制器。自抗擾控制器主要由跟蹤微分器、擴展狀態(tài)觀測器和非線性狀態(tài)誤差反饋控制律等三部分組成。跟蹤微分器的作用是安排過渡過程，給出合理的控制信號，解決了響應速度與超調性之間的矛盾。擴展狀態(tài)觀測器用來解決模型未知部分和外部未知擾動綜合對控制對象的影響，然后給出控制量補償這些擾動。非線性誤差反饋控制律則給出了被控對象的控制策略。所以自抗擾

4、控制器具有很好的實時估計擾動及補償的功能。
　　 模糊控制技術，不僅不需要建立精確的數學模型，而且魯棒性較強、尤其適用于非線性、時變時滯性系統(tǒng)。所以本次課題將模糊控制技術和自抗擾控制技術相結合，設計出模糊自抗擾控制器，再設計出常規(guī)PID控制器以及自抗擾控制器，通過三種控制器分別對二級倒立擺系統(tǒng)進行控制，并在MATLAB里進行仿真，從而比較三種控制器的控制特性，來得到較好的控制策略。從仿真結果可以看出，采用模糊自抗擾控制器得到的控