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1、成都理工大学工程技术学院毕业论文直线单级倒立摆最优控制器的设计作者姓名：专业名称：指导教师：直线单级倒立摆最优控制器的设计摘要倒立摆控制系统是一个复杂的、不稳定的、非线性系统，对于倒立摆系统的研究能有效的反映控制中的许多典型问题，因此将系统作为一个经典的控制理论研究平台，是将理论应用于实际的理想平台。本文介绍的主要是基于线性二次型最优理论的方法对倒立摆最优控制器的设计。倒立摆的最优控制器使系统的动态性能和稳态性能得到了极大地改善，能够让小车准确定位停车、重物摆角在极短的时间内衰减为零，实现系统的无摆运行。具有结构简单、控制精度高、成本低、易实现等
2、特点，能够应用到工业实际中，满足现代化的生产需要。基于系统本身及外界因素的影响，系统的综合目的就是设计最优增益矩阵，将闭环系统的极点恰好配置在根平面上期望极点的位置，在此基础上采用线性二次型最优控制方法设计了倒立摆控制器。最后，通过实验验证设计结果并给出控制器的性能评价。关键词：倒立摆拉格朗日方程系统性能分析LQRMATLAB-IV-直线单级倒立摆最优控制器的设计AbstractInvertedpendulumcontrolsystemisacomplex,nonlinear,unstablesystem,theinvertedpendulums
3、ystemcaneffectivelyreflectthecontrolofmanytypicalproblems,sothesystemasaclassiccontroltheoryresearchplatform,isappliedthetheorytopracticetheidealplatform.Thispaperintroducesmainlyisbasedonthelinearquadraticoptimaltheorytwomethodofoptimalcontrollerdesignforinvertedpendulum.Inv
4、ertedpendulumoptimalcontrollertomakethesystemdynamicperformanceandsteadystateperformancehasbeengreatlyimproved,canmakeaccuratepositioning,carparkingweightpendulumangleinaveryshorttimetodecaytozero,thesystemwithoutthependulum.Hastheadvantagesofsimplestructure,highcontrolaccura
5、cy,lowcost,easytorealizeandothercharacteristics,canbeappliedtoindustrialpractice,meetthemodernneedsofproduction.Basedonthesystemitselfandtheimpactofexternalfactors,theintegratedsystemisaimedtodesigntheoptimalgainmatrix,theclosed-looppolejustconfiguredintherootplaneexpectedpol
6、eposition,basedonthelinearquadraticoptimalcontrolmethodtodesignthetwoinvertedpendulumcontroldevice.Finally,throughtheexperimentalverificationofthedesignresultsandgivethecontrollerperformanceassessment.Keywords:invertedpendulum,lagrangeequation,Systemperformanceanalysis,LQR,MA
7、TLAB-IV-直线单级倒立摆最优控制器的设计目录摘要IAbstractII目录III前言11绪论21.1倒立摆系统简介21.2倒立摆系统的分类31.3倒立摆研究的意义31.4本文研究的主要内容42直线一级倒立摆的数学模型建立52.1数学模型建立的方法52.2拉格朗日建模法52.3本章小结103直线一级倒立摆系统分析113.1倒立摆的实际参数模型113.2系统稳定性分析133.3系统能控性、能观性的分析143.3.1系统能控性分析143.3.2系统能观性分析153.3.3系统的阶跃响应分析163.4本章小结174线性二次型最优控制器的设计184.
8、1连续系统的线性二次型最优控制原理184.2LQR控制参数调节及仿真234.3本章小结265系统实现27-IV-直线单级倒立摆最优控制器
