文档介绍：长春理工大学
硕士学位论文
倒立摆系统的稳定控制
姓名:程键
申请学位级别:硕士
专业:机械电子工程
指导教师:曹国华
20080401
摘要倒立摆系统是一非线性、强耦合、多变爨和自然不稳定的系统。通道它能有效地复欢控制过程中诸如可镇定性、簧捧性、随动健以及跟踪等多种关键问题,是检验各静控制逢论的瑾憨羧型。慰其懿稳定控翻是按涮赛一个裰爨魏战经静难鬏。本文建立了一缴、二级和三缀倒立摆的数学模型,分析了系统的能掇性和能观测性。根据理论分析,提出了用线性二次行最优控制理论建成系统控制的方案,并设计了二级翻立摆系统控剿器。通过对硬件在阐路仿真技术的研究,利用凳惫て湎涔菇说沽谙统实时控制平台,,具有良好的逶用性。关键词;倒立摆数学建模最优控制硬件回路仿真
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指导导师签名彳蚕复眨赌踅黛卜。姓妯驵作者签名:越翔噬生;肄さ豹硬究敲出重要贡献瓣个人和集体,均已在文巾域爨确方式标臻。本人完全意识长眷理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“长春理工大学硕士、博士学位论文版权使用飙定”,同意长春理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位沧文的复印粹釉毫子羧,兔谨论文被套溺霸氆霾。零入裁数长誊理羔大学霉敬将奉掌霞论文的龛部或部分内容编入有关数据库进行榆索,也可采用影印、缩印或扫描等复制乎段保存和汇编学位论文。长春理工大学硕士学位论黛原刨性声明本人郑重声明;所壁交的硕士学位论文《倒宠摆系统的稳定控制》憝零入在指导教师的指导下,独立进行研究工作所取嫉某晒3闹幸丫⒚饕玫哪容外,本论文不包台任何其他个人或集体已经发表或撰写斓淖髌烦晒6员疚劐本声疆鹃法律络暴受本人承撵。作者签名;
第一章绪论§倒立摆系统简介倒立摆系统是日常生活中所见到的任何重心在上,支点在下的控制问题的抽象。例如杂技顶杆表演,人们常为演员的精湛技艺叹服,然而其机理更引发了人们的深思。,通过控制手段可使之具有良好的稳定性。的轨道上左右移动,小车上的倒立摆一端被铰链链接在小车顶部,另一端可以在小车轨道所在的垂直平面上自由转动。系统的控制目的是通过电机带动小车运动,使倒立摆平衡并保持小车不与轨道两端相撞。根据小车上摆杆的节数,倒立摆系统可以分为一级,二级、三级和多级倒立摆;根据小车的运动方向,可分为直线和平面倒立摆系统;根据小车运动轨道,可分为水平轨道、斜轨道和圆轨道倒立摆系统。此外,如果在同一小车上安装两个相互独立的摆杆,即为并行倒立摆系统;如果没有小车,摆杆直接安装在旋转轴上,即为旋转式倒立摆系统。在复杂的倒立摆系统中,摆杆的长度和质量均可变化。倒立摆的工作原理大致相同,即用一种强有力的控制方法对小车的加速度进行适当的控制,从而使全部摆杆倒置稳定于正上方。其中一种控制叫做起摆控制。首先系统使小车按摆杆的自由振荡频率摆动,摆杆随之大幅度摆动,然后经过数次摆动后,能自动直立起来外一种叫做稳摆控制,它是将摆杆手动扶到适当的位置,通过控制器的作用,,小车可以自由地在限定图甀一级倒立摆系统结构
§倒立摆系统研究的科学意义和应用前景已有三十多年的历史,机器人的关键技术——机器人的行走控制至今仍未能很§国内外的研究现状早在上世纪年代人们蔚开始了对倒立摆系统的研究,年和倒立摆系统是非线性、强耦合、多变量和自然不稳定的系统。在控制过程中,它能有效地反映诸如可镇定性、鲁棒性、随动性以及跟踪等许多控制中的关键问题,是检验各种控制理论的理想模型。迄今,人们已经利用经典控制理论、现代控制理论和人工智能控制理论实现了多种倒立摆系统的稳定控制Ⅲ。其控制方法在军工、航天、机器人领域和一般工业过程中都有着广泛的工程背景。魅说恼玖⒂胄凶呃嗨朴谒ǖ沽谙低常」艿谝惶ɑ魅朐诿拦适乐两诨鸺确尚衅鞯姆尚泄讨校A吮3制湔返淖耸疲2欢辖惺凳笨刂啤ㄐ盼佬窃谠は燃扑愫玫墓斓篮腿范ǖ奈恢蒙显诵械耐保13制湮榷ǖ淖态,使卫星天线一直指向地球,使它的太阳能电池板一直指向太阳。觳槲佬巧阆窕那嵛⒍抖岫陨阆竦耐枷裰柿坎艽蟮挠跋欤A颂岣呱像的质量,必须能自动地保持伺服云台的稳定,消除振动。7乐沟ゼ痘鸺诠胀涫倍狭讯娜嵝曰鸺多级火箭浞尚凶颂控制也可以用多级倒立摆系统进行研究。近年来,人们对倒立摆的研究越来越感兴趣,倒立摆的种类也由此变得丰富多样。倒立摆系统不仅在高科技领域中得到广泛应用,、非线性和绝对不稳定系统的能力。因此,倒立摆系统作为控制理论研究中的一种比较理想的