直線電機(jī)倒立擺系統(tǒng)的建模與穩(wěn)定控制研究.pdf

1、倒立擺作為一個(gè)典型不穩(wěn)定的非線性系統(tǒng),具有結(jié)構(gòu)簡單,成本低,便于用各種方法進(jìn)行控制的特點(diǎn),許多抽象的控制概念都可以通過倒立擺直觀的表現(xiàn)出來。因此倒立擺系統(tǒng)常被人們作為被控制對(duì)象,來檢驗(yàn)各種控制方法的優(yōu)劣,并不斷開發(fā)出新的控制理論與控制方法,相關(guān)的成果在航空航天和機(jī)器人方面都得到了廣泛的應(yīng)用。本論文利用微納公司所提供的倒立擺實(shí)驗(yàn)設(shè)備平臺(tái),對(duì)一級(jí)直線倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)定控制問題進(jìn)行研究,主要研究成果如下:
　　(1)在深入研究倒立擺系統(tǒng)結(jié)

2、構(gòu)原理的基礎(chǔ)上,借鑒國內(nèi)外該領(lǐng)域最新研究成果,對(duì)倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行了建模和特性分析。首先利用動(dòng)力學(xué)方程和拉格朗日方程建立一級(jí)倒立擺的數(shù)學(xué)模型,推導(dǎo)出其傳遞函數(shù)以及狀態(tài)空間方程,并分析該對(duì)象的能控性、能觀性以及頻域響應(yīng)特性,從而證明系統(tǒng)在開環(huán)狀態(tài)是不穩(wěn)定的,但是在平衡點(diǎn)處是能控且能觀測的。
　　(2)根據(jù)“擺桿不倒,電機(jī)穩(wěn)住”的原則,結(jié)合擺桿角度變化較小和易調(diào)節(jié)的特點(diǎn),采用首先調(diào)節(jié)擺桿角度,然后再進(jìn)行小車位置控制的方法,設(shè)計(jì)基于直線電機(jī)

3、驅(qū)動(dòng)的一級(jí)倒立擺系統(tǒng)的模糊控制、T-S模糊控制及網(wǎng)絡(luò)化控制算法,并在此基礎(chǔ)上引申至柔性連接倒立擺系統(tǒng)的控制中,設(shè)計(jì)其三重PD控制器和網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)。最后利用Matlab/Simulnik進(jìn)行離線仿真試驗(yàn),得到的仿真結(jié)果表明,控制方案可以取得良好的控制效果。
　　(3)離線仿真完成后,利用微納公司所提供的仿真平臺(tái),將離線仿真和在線實(shí)時(shí)控制結(jié)合起來進(jìn)行半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)。把Simulink模型框圖作為系統(tǒng)的控制前臺(tái),集中精力于控制器結(jié)構(gòu)設(shè)