基于卡爾曼濾波器的一階倒立擺控制研究.pdf

1、倒立擺系統(tǒng)是從火箭推進(jìn)器抽象出來一個的典型的多變量、強(qiáng)耦合、非線性的自不穩(wěn)定系統(tǒng)，對這樣一個復(fù)雜系統(tǒng)的研究，從理論上將涉及系統(tǒng)控制中的很多關(guān)鍵問題，如非線性問題、魯棒性問題、鎮(zhèn)定問題、隨動問題以及跟蹤問題等。所以倒立擺系統(tǒng)的數(shù)字仿真和實(shí)物控制成為控制領(lǐng)域中用來檢驗(yàn)?zāi)撤N控制理論或方法的典型方案。
　　本文以利用電位器檢測角度的一階倒立擺系統(tǒng)作為研究對象，研究了其在擺角信號含有大噪聲的情況下的平衡穩(wěn)定控制問題，這對解決實(shí)際工程中的相關(guān)

2、問題有一定的指導(dǎo)意義。
　　本文首先利用拉格朗日方程的方法建立一階倒立擺的數(shù)學(xué)模型，之后提出一種利用物理學(xué)守恒定律的建模方法進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并在MATLAB/Simulink仿真環(huán)境中進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，對已建立的數(shù)學(xué)模型的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　依據(jù)滑模變結(jié)構(gòu)控制器的基本原理，針對本一階倒立擺實(shí)物系統(tǒng)設(shè)計(jì)了合適的滑模變結(jié)構(gòu)控制器，并對其零動態(tài)進(jìn)行了分析，引入了利用Ackermann公式設(shè)計(jì)線性滑模面的方法。數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果驗(yàn)證

3、了此控制器的有效性。
　　測量了擺角信號的噪聲，根據(jù)卡爾曼濾波器的基本原理，針對本一階倒立擺實(shí)物系統(tǒng)設(shè)計(jì)了合適的卡爾曼濾波器。通過仿真實(shí)驗(yàn)表明，該卡爾曼濾波器對本系統(tǒng)的擺角信號噪聲有較強(qiáng)的濾除能力。
　　最后，結(jié)合一個上位機(jī)監(jiān)控程序，在由哈爾濱工業(yè)大學(xué)運(yùn)動控制實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)制造的一階倒立擺實(shí)物平臺上進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的卡爾曼濾波器對倒立擺角度信號噪聲具有良好的濾波效果，同時，所設(shè)計(jì)的滑模變結(jié)構(gòu)控制器能夠較好的