滾輪倒立擺建模與過(guò)程控制的研究.pdf

1、倒立擺是一種自然不穩(wěn)定的多變量非線性系統(tǒng)，它描述了航天、機(jī)器人領(lǐng)域等抽象系統(tǒng)的模型，倒立擺的研究涉及到力學(xué)模型、機(jī)械原理、系統(tǒng)參數(shù)識(shí)別、控制算法等多種學(xué)科。就控制來(lái)說(shuō)，包括兩個(gè)問(wèn)題：工作平衡點(diǎn)的控制和擺起的控制。采用模糊控制和最優(yōu)控制等方法已經(jīng)獲得平衡點(diǎn)的控制，但是倒立擺的擺起過(guò)程(倒立擺的過(guò)渡過(guò)程)是復(fù)雜的強(qiáng)非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)控制問(wèn)題，控制律的確定要采用數(shù)值方法，由于最優(yōu)控制理論的數(shù)值迭代算法難以獲得理想的開環(huán)控制律，因此確定有效控制律

2、的計(jì)算方法是過(guò)渡過(guò)程控制的關(guān)鍵問(wèn)題。 目前倒立擺問(wèn)題的研究有兩個(gè)大的方向，一個(gè)是在平衡點(diǎn)的控制方面朝著多級(jí)化的方向發(fā)展，已經(jīng)有成功的四級(jí)倒立擺平衡點(diǎn)的控制的例子；二是對(duì)擺起問(wèn)題的研究，著重是在算法與實(shí)現(xiàn)等方面。 本課題主要研究了滾輪式倒立擺復(fù)雜多變量非線性系統(tǒng)的擺起控制和平衡控制的算法與實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，提出了動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)變量?jī)?yōu)化算法的控制律計(jì)算方法。 基于拉格朗日方程、達(dá)朗貝爾原理，建立了滾輪單級(jí)、二級(jí)倒立擺非線性系統(tǒng)的

3、微分方程，為擺起和平衡控制非線性系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性分析和控制提供了力學(xué)模型，并對(duì)擺桿的阻尼參數(shù)進(jìn)行參數(shù)識(shí)別，結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)測(cè)試的信息，建立了確定單擺阻尼參數(shù)的優(yōu)化方法。并通過(guò)具體的數(shù)據(jù)獲得了精確計(jì)算阻尼參數(shù)的程序，其研究結(jié)果為復(fù)雜系統(tǒng)的過(guò)程控制和精確分析提供合理的依據(jù)。 在分析了幾種常見的針對(duì)非線性系統(tǒng)的優(yōu)化控制算法的基礎(chǔ)上，提出了擺起開環(huán)控制律動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)變量的優(yōu)化算法，并對(duì)滾輪式單級(jí)、二級(jí)倒立擺擺起控制律的計(jì)算進(jìn)行了程序的驗(yàn)證和結(jié)果