基于卡爾曼濾波的旋轉(zhuǎn)倒立擺智能控制算法研究.pdf

1、基于經(jīng)典、現(xiàn)代及智能控制理論的各種控制策略實(shí)現(xiàn)了倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)擺控制、軌跡跟蹤控制，這些控制算法均需以擺桿的角度和角速度信號(hào)作為穩(wěn)定控制的依據(jù)，但研究者設(shè)計(jì)控制算法時(shí)多未考慮各種算法實(shí)現(xiàn)過中難免要受系統(tǒng)噪聲、量測(cè)噪聲、外界干擾和建模誤差的影響，比如實(shí)時(shí)控制中擺桿的角度信號(hào)會(huì)受到測(cè)量噪音污染，在獲取角速度時(shí)該噪音被放大，導(dǎo)致控制器的輸出有較大的波動(dòng)，又如電機(jī)執(zhí)行過程中也會(huì)混入過程噪音使系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，故這樣設(shè)計(jì)出的控制器魯棒性差、抗外界擾

2、動(dòng)能力有限，而將卡爾曼濾波算法與控制算法進(jìn)行組合設(shè)計(jì)應(yīng)用于提升倒立擺系統(tǒng)穩(wěn)定控制器、軌跡跟蹤控制器性能的研究少有人涉及，故本文選擇旋轉(zhuǎn)倒立擺為控制對(duì)象，對(duì)卡爾曼濾波算法在提升控制器控制性能方面進(jìn)行了下面的研究工作：
　　(1)考慮旋轉(zhuǎn)倒立擺系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，會(huì)存在機(jī)械磨損、各種摩擦、外界干擾、內(nèi)部干擾等建立了旋轉(zhuǎn)倒立擺非線性動(dòng)力學(xué)標(biāo)稱模型和線性狀態(tài)空間模型。
　　(2)應(yīng)用LQR控制器對(duì)旋轉(zhuǎn)倒立擺線性狀態(tài)空間模型進(jìn)行穩(wěn)定控制，

3、并通過仿真實(shí)驗(yàn)觀察其控制效果，仿真結(jié)果顯示LQR控制器在含有各種噪聲的旋轉(zhuǎn)倒立擺系統(tǒng)應(yīng)用中，難以獲得精確的輸出反饋量實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的最優(yōu)控制，故引入卡爾曼濾波算法設(shè)計(jì)了狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)LQR控制器進(jìn)行改善，仿真結(jié)果顯示方法有效。
　　(3)考慮到旋轉(zhuǎn)倒立擺的非線性特性，設(shè)計(jì)了基于無跡卡爾曼濾波的LQR控制器，進(jìn)一步提高LQR控制器的控制精度和魯棒性，并設(shè)計(jì)了仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法的有效性和可行性。
　　(4)針對(duì)旋轉(zhuǎn)倒立擺的非線性動(dòng)力學(xué)標(biāo)