倾斜直线轨道倒立摆控制算法设计开题报告

《倾斜直线轨道倒立摆控制算法设计开题报告》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、毕业设计（论文）开题报告题目：倾斜直线轨道倒立摆控制算法设计1.毕业设计（论文）综述（题目背景、研宄意义及国内外相关研宄情况）1.1题目背景和研究意义在控制理论发展的过程中，某一理论的正确性及在实际应用中的可行性需要一个按艽理论设计的控制器去控制一个典型对象来验证这一理论，倒立摆就是这样一个被控对象。倒立摆是一个多变量、快速、非线性、强耦合、和绝对不稳定的系统，通过对它引入一个适当的控制方法使之成为一个稳定系统，来检验控制方法对不稳定、非线性和快速性系统的处理能力;而且在倒立摆的控制过程中，它能有效地反映诸如可镇定性、鲁棒性、随动性以及跟踪性能等许多自动控制领域中的关键问

2、题，因此受到世界各国许多科学家的重视，用不同的控制方法控制不同类型的倒立摆，成为最具有挑战性的课题之一mO对倒立摆系统的研究不仅仅在苏结构简单、原理清晰、易于实现等特点，而且作为典型的多变量系统，可采用实验来研究控制理论中许多方面的问题。诸如:模型的建立、状态反馈、观测器理论、快速控制理论以及滤波理论等都可以用于这类系统。另一方面对系统的研究也比较有实用价值，从日常生活中所见的任何重心在上、支点在下的控制问题，到空间飞行器和各类伺服云台的稳定，都和倒立摆的控制有很大的相似性，故对其的稳定控制在实际中奋很多用场，如海上钻井平台的稳定控制、卫星发射架的稳定控制、火箭姿态控制、

3、飞机安全着陆、机器人双足行走机构、化工过程控制等都属这类问题。倒立摆的研究不仅有其深刻的理论意义，还有重要的工程背景。在多种控制理论与方法的研究和应用中，特别是在工程实践中，也存在一种可行性的试验问题，控制理论在当前的工程技术界，主要是如何面向工程实际、面向工程应用的问题。一项工程的实施也存在一种可行性的试验问题，用一套较好的、较完备的试验设备，将其理论及方法进行有效的检验，倒立摆可为此提供一个从控制理论通往实践的桥梁。在稳定性控制问题上，倒立摆既具有普遍性又具有典型性。倒立摆的典型性在于，倒摆系统作为一个控制装置，它结构简单、价格低廉，便于模拟和数字多种不同的方式控制，

4、通过引入适当的控制方式使之成为一个稳定的系统。倒立摆系统可以用多种理论和方法来实现其稳定控制，如PID、自适应、状态反馈、智能控制、模糊控制及人工神经元网络等多种理论和方法，都能在倒立摆系统控制上得到实现，而且当一种新的控制理论和方法提出以后，在不能用理论加以严格证明时，可以考虑通过倒立摆装置来验证其正确性和实用性。［2］倒立摆的研允具有重要的工程背景：(1)机器人的站立与行走类似于双倒立摆系统，尽管第一台机器人在美国问世至今已有三十年的历史，机器人的关键技术——机器人的行走控制至今仍未能很好解决。(2)在火箭等飞行器的飞行过程中，为了保持其正确的姿态，要不断进行实时控制

5、。(3)通信卫星中在预先计算好的轨道和确定的位置上运行的同时，要保持其稳定的姿态，使卫星天线一直指向地球，使它的太阳能电池板直指向太阳。(4)为防止单级火箭在拐弯时断裂而诞生的柔性火箭(多级火箭)，其飞行姿态的控制也可以用多级倒立摆系统进行研允。(5)侦察卫星屮摄像机的轻微抖动会对摄像的图象质量产生很大的影响，为了提高摄像的质量，必须能自动地保持伺服云台的稳定，消除震动。1.2国内外相关研究情况倒立摆系统研宄最早始于上世纪50年代，麻省理工学院机电工程系的控制论专家根据火箭发射助推器原理设计出一级倒立摆实验装置。正式提出倒立摆概念的是60年代后期。在此基础上，世界各国专家

6、和学者对倒立摆进行了拓展，产生了直线二级倒立摆、三级倒立摆、多级倒立摆、柔性直线倒立摆、环形倒立摆、平面倒立摆、环形并联多级倒立摆以及斜坡倒立摆等实验设备，并用不同的控制方法对其进行了控制。1976年Morietc首先把倒立摆系统在平衡点附近线性化，利用状态空间方法设计比例微分按制器实现了一级倒立摆的稳定控制。1984年，Furuta等人应用最优状态调节器理论首次实现双电机三级倒立摆实物控制。l3j8O年代后期开始，较多的研宄了倒立摆系统中的非线性特性，提出了一系列的基于非线性分析的控制策略，1993年，Wiklund等人应用基于李亚普诺夫的方法控制了环形一级倒立摆。［4

7、］1997年，Gordill比较了LQR方法和基于遗传算法的控制方法，结论是传统控制方法比遗传算法控制效果更好。采用留优遗传算法，以被控系统的动能积分为性能指标实现对倒立摆控制算法的参数寻优。［5］国内对倒立摆的研宂始于80年代，三级倒立摆及多级倒立摆的研宄也取得了很大进展，不仅在系统仿真方而，而且在实物实验中，都出现了控制成功的范例。尹征琦等成功的以模拟的降维观测器实现了二级倒立摆的控制。［6］梁任秋等针对二级倒立摆系统给出丫三种实用的数字控制器和降维观测器。1994年，北京航空航天大学教授张明廉将人工智能与自动控制理论相结