文档介绍：摘要
文章研究了一类典型非线性欠驱动复杂系统:小车二级摆系统(CDPS)的摆起倒立控制问题。倒立摆系统是一种典型的非线性欠驱动复杂难控系统,对倒立摆的研究可归结为对非线性多变量、欠驱动、绝对不稳定系统的研究。小车倒立摆系统的控制策略和理论的研究无论对控制理论的发展还是对实践中实时控制的策略与技巧的研究都有很好的促进作用,同时,各种非线性控制理论的形成与发展,也往往以小车倒立摆系统作为实践的检验平台,以验证理论的正确性、有效性和在实时控制中的应用问题,因而,小车倒立摆系统被看成是检验各种控制理论和方法的有效的试金石。
到目前为止,对倒立摆系统的研究主要有一下几个方面:一是在倒立点点附近一定的范围内对非线性系统进行线性化处理,然后采用各种控制策略,这种研究思路的特点是控制策略多样,控制器结构相对简单;二是对小车倒立摆系统摆起倒立全范围进行基于非线性控制器结构的控制,目前的研究思路是基于能量的摆起策略和部分线性化的控制策略,但是这些思路都没有脱离传统控制理论中的镇定与稳定性的基本讨论方法,因而其对二级以上的多级摆系统摆起倒立的综合上有应用起来相当困难,目前罕见实时应用成功的报道。三是采用基于结构化智能控制理论,将摆起倒立过程分割规划成不同的控制阶段,在不同的阶段对小车多级摆系统动力学模型作不同的处理,进而采用不同的控制策略,实现分阶段多模态控制,这一思路是将传统的控制理论中成熟的控制策略作为每一阶段的控制集元,是人工智能与传统控制理论的结合,被认为是解决复杂非线性系统控制问题的重要研究方向之一。
本文的研究基于动觉智能图式理论,将仿人智能控制理论与具有结构化人工智能方法特点的图式理论结合,用仿人智能控制的思想,在已有研究成果的基础上,尤其是借鉴了仿人智能控制在单级摆摆起倒立控制方面的成功实践和小车-二级摆摆起倒立控制仿真的前期研究经验,对小车-二级摆系统进行了深入研究,探讨了仿人智能控制方法对复杂系统的一段分析方法,成功完成了小车-二级摆摆起倒立控制的仿真与实时试验研究。
关键词:小车-二级摆系统摆起倒立控制动觉智能图式理论
仿人智能控制
ABSTRACT
The swing and handstand control of a kind of typical nonlinear and plex system-Car Double Pendulum System(CDPS) was studied in this paper. The study of this kind of problem can be treated as the study of multivariable,nonlinear,underactuated and absolutely unstable development of control theory and strategies on CDPS could facilitate not only to the development of control theory but also to the real control technology in practice. Meanwhile, CDPS were often looked as a verifying plant to verify the correctness ,validity and real application of all kind of nonlinear control theory. Thus, CDPS was looked as a touchstone of many kind of control theories and strategies.
Up to now,the study of nonlinear CDPS mainly focus on the following ways:the first one is to linearized around handstand point and using linear control methods. The advantage of this kind of linear control methods is their easily using and diversity. The drawback is their narrow applicability(only near handstand point);The second one is to control CDPS globally ,which means swing control and handstand control,an