最优控制结课论文

《最优控制结课论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、最优控制结课论文题目:基于最优控制的倒立摆系统建模及仿真学院：自动化学院专业：控制科学与工程姓名：常勇学号：133122332教师：陈鹏摘要作为一个典型的不稳定的非线性系统，倒立摆具有成本低，结构简单，便于用各种方法进行控制的特点，因而倒立摆系统常被人们用来检验各种控制方法的优劣。倒立摆难点在控制，当前关于控制的研究已经很多。首先建立了控制对象的数学模型，应用牛顿力学定律的方法实现对系统模型的建立。牛顿力学定律法主要是对系统进行受力分析，通过其水平和竖直方向的受力情况列写方程，经过拉普拉斯变换计算出其状态空间表达式，这一过程也可直接用MATLAB软件编程得到。然后，对系统进行最优控制

2、的分析，并设计出最优控制器。关键词：倒立摆，数学模型，最优控制AbstractAsatypicalunstablenonlinearsystem,invertedpendulumsystemhasthecharacteristicsoflowcostandsimplestructure.Itcanbecontrolledbymanykindsofmethods,sopeopleuseittotestthevariouscontrolmethodstoknowwhethertheyaregoodornot.Thedifficultyofitiscontrol.Therearemanyr

3、esearchachievementsaboutitnow.Thisarticlefirstlyestablishesthemathematicalmodelofthecontrolledobject.ThenitusesapplicationlawofNewtonianmechanicstoachievetheestablishmentofsystemmodel.TheLawofNewtonianmechanicsmethodismainlyonstressanalysisofthesystem.Thenitshowstheequationbyanglicizingtheforce

4、inthedirectionofhorizontalandvertical.CalculatingitsstatespaceafterLaplacetransform,thisprocesscanalsobedirectlyprogrammedbyMATLABsoftware・Secondly,analyzesthecontrollabilityandobservabilityofsystem,andtothedesignofoptimalcontrolle匚Keywords：Invertedpendulum,Mathematicalmodel,Optimalcontrol第一章绪论

5、1.1倒立摆系统的研究意义倒立摆控制系统是一个复杂的、不稳定的、非线性系统，是进行控制理论教学及开展各种控制实验的理想实骑平台。对倒立摆系统的研究能有效的反映控制中的许多典型问题：如非线性问题、鲁棒性问题、镇定问题、随动问题以及跟踪问题等。通过对倒立摆的控制，用来检验新的控制方法是否有较强的处理非线性和不稳定性问题的能力。同时，其控制方法在军工、航天、机器人和一般工业过程领域屮都有着广泛的用途，如机器人行走过程中的平衡控制、火箭发射中的垂直度控制和卫星飞行中的姿态控制等。故其研究意义广泛。MATLAB可以对动态系统进行仿真、建模和分析，它不但支持连续、线性系统仿真，而且也支持离散、非

6、线性系统仿真。本课题的目的是运用MATLAB来创建倒立摆模型，并进行分析以达到实现最优控制的目的。1.2倒立摆系统的研究现状倒立摆的研究起始于20世纪50年代，由麻省理工学院(Mrr)的控制理论专家根据火箭发射助推器的原理设计岀一级倒立摆实验设备，接着研究人员又参照双足机器人的步行控制问题研制了二级倒立摆，后来又在二级倒立摆上继续较接一级或二级摆，提出了对三级以及四级倒立摆的控制研究，迸一步提高了检验控制理论或方法的能力，拓宽了控制理论和控制方法的检验范围。1966年Schaefer和Cannon应用Being-Bang控制理论，将一个曲轴稳定于倒置位置。其后，倒立摆系统作为一个典型

7、的不稳定、严重非线性的系统实例，提出了倒立摆的概念理论，并用其检验控制方法对不稳定、非线性和快速性系统的控制能力，受到世界各国众多科学家的重视。倒立摆系统以其自身的不稳定性为系统的平衡提出了难题，也因此成为自动控制理论实验中验证控制算法优劣及好坏的实验装置。在多种控制理论与方法的研究和应用中,特别是工程实践中，也存在一种可行性的试验问题，倒立摆可为此提供一个控制理论通往实践的桥梁。1.3倒立摆系统的控制1.3.1倒立摆系统的控制目标倒立摆的控制问题就是使摆