本科毕业论文---基于lmi的单级倒立摆鲁棒控制器设计.doc

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1、北华大学学士学位论文毕业设计（论文）说明书题目名称：基于LMI的单级倒立摆鲁棒控制器设计学院：机械工程学院专业年级：机械设计制造及其自动化11级姓名：梁钜锋班级学号：机设11-02-04指导教师：张泽健二○一五年六月三日北华大学学士学位论文北华大学学士学位论文摘要倒立摆控制系统是一个多变量、高阶次、非线性和强耦合的典型不稳定控制系统，它的各项参数具有不确定性，同时还受到不确定因素的干扰。倒立摆是各界学者公认的典型教学和科研设备，也是控制理论教学中具有代表性的被控对象。通过对倒立摆控制系统的研究可以有效解决控制环节中的理论问题，也是实现理论通往实践的

2、桥梁。本文首先简单介绍倒立摆控制系统的实验设备，了解其性能控制的理论、方法和研究过程；利用牛顿—欧拉方法对倒立摆系统进行建模，得出一个非线性的数学模型；在平衡点附近提出假设，对模型做了线性化处理；然后，利用LMI方法（线性矩阵不等式法）设计了状态反馈控制器，给出系统具有性能的线性矩阵不等式的条件，并用倒立摆系统实例及其仿真来验证设计方法的有效性和优越性。用SolidWorks软件做了三维建模；完成了模型的ADAMS建模和动力学仿真，得到了摆杆速度、小车位移和小车加速度的函数图像，并输出了仿真动画。浅谈控制器增益在加法式摄动下的非脆弱鲁棒控制问题；基

3、于LMI理论（线性矩阵不等式法），提出了非脆弱鲁棒控制器存在的充分条件，利用Matlab中的LMI工具箱求解了控制器的特征值。在设计状态反馈控制器时，本文采用求解Riccati方程的方法。由于对广义被控对象来说，评价指标的确定就成为系统设计的关键，因此本文综合考虑各方面问题，结合实际情况，在理论分析和仿真过程中反复验证，得出了比较合理的参数，保证了设计状态反馈控制器的合理及有效性。关键词：控制；倒立摆；状态反馈；ADAMS仿真；LMI方法。AbstractThecontrolofinvertedpendulumsystemisamultivaria

4、ble,high-order,nonlinearand北华大学学士学位论文strongcouplingoftypicalunstablecontrolsystemanditsparameterswithuncertainty,butalsobytheuncertainfactorsofinterference.Theinvertedpendulumisatypicalteachingandresearchequipmentrecognizedbyscholarsfromallwalksoflife,anditisalsotherepresentat

5、iveobjectofthecontrolintheteachingofcontroltheory..Theresearchonthecontrolsystemoftheinvertedpendulumcaneffectivelysolvethetheoreticalproblemsinthecontrollink,andalsothebridgetoachievethetheorytopractice.firstly,thispapersimplyintroducedtheinvertedpendulumcontrolsystemexperime

6、ntalequipmentandunderstandtheperformanceofcontroltheory,methodandresearchprocess;modelingoftheinvertedpendulumsystembyNewtonEulermethod,getanonlinearmathematicalmodel;inthevicinityoftheequilibriumpointhypothesis,thelinearizationofthemodel;then,usingLMI(linearmatrixinequalityme

7、thod)todesignthestatefeedbackcontroller,givesthesystemwithperformanceintermsoflinearmatrixinequalityconditionsandinvertedpendulumsystemasanexampleandsimulationtoverifytheeffectivenessandsuperiorityofthedesignmethod.SolidWorkssoftwareisusedtodo3Dmodeling;modelbyAdamsdynamicsmod

8、elingandsimulation,thependulumrodspeed,thedisplacementoftheca