基于sdre方法的旋转倒立摆控制系统研究

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1、武汉工程大学硕士学位论文基于SDRE方法的旋转倒立摆控制系统研究姓名：赵党军申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：杨帆20080510摘要倒立摆系统是一个典型的欠驱动系统，具有非线性、不稳定的特点，在控制理论研究中有着广泛的应用。SDRE(StateDependentRiccatiEquation)方法是最近出现的一种类似于LQR方法的基于模型的非线性系统控制策略，其特点在于经过参数化后的系统矩阵以及设计的权值矩阵与系统状态相关，这给系统的设计带来极大的灵活性，但系统的闭环解析形式很难

2、获得，因而给系统稳定性分析带来困难。本文基于拉格郎日方程建立一级旋转倒立摆的非线性微分方程模型，提出一种参数化方法以获得一种伪线性化系统模型。分别针对低阶系统和高阶系统提出了过估计系统和Julia集两种方法进行渐近稳定性的判定，并给出了对于系统吸引域的估计方法。然后对旋转倒立摆系统研究了系统的逐点可控性，表明系统除了在摆杆垂直向下位置外都为可控。设计了基于SDRE方法的控制器，与线性二次型最优调节器(LQR，LeastQuadraticRegulator)进行了仿真对比，结果表明SDRE在摆杆远离平衡

3、位置时的控制效果要优于LQR，具有超调小，调节时间短的特点，且能同时完成摆起及平衡控制而不需要另外设计控制器。由于控制增益与系统状态相关，每一步都要求解Riccati方程，因而计算复杂程度高，因此在实时控制里需要设计合理的求解算法，本文最后给出了一种利用特征结构配置的求解算法。关键词：SDRE过估计系统Julia集特征结构雕置I武汉工程大学硕士学位论文AbstractInvertedpendulum，whichiswildlyusedintheresearchofcontroltheory,isaty

4、picalunderactuatedsystemwithcharacteristicsofnonlinearandunstable．SDREmethod，proposedrecentlgislikeLQRwhichisacontrolschemesbasedonmathematicalmodel，anditscharacteristhesystemmatrixafterparameterizationandtheweightmatrixrelatetosystemstate，thereforemuch

5、moreflexibilitiesindesign．Itishardtogetanalyticalformulationsofclose—loopsystembasedonSDRE，renderingdifficultiesinanalyzingstabilityofclose—loopsystems．Aparameterizationmethodisintroducedafterestablishing"nonlineardifferentialequationsofone—level-rotary

6、pendulum，therebyapseudo—linearizingmodel．MethodsofovervaluingsystemandJuliasetforstabilities’analyzingarerespectivelyrepresentedforhighorderandlowordersystems，basedonwhichattractionofregionofcloseloopsystemscanbeestimated．Researchonsystem’Spoint—wisecon

7、trollabilityrevealsthesystemiscontrollableexceptthepointsinwhichthependulumisdownvertical．ThenaSDREbasedcontrollerisdesigned，andthecontroller’Sgainrelatestothestate，whichresultsincomplexityincomputingbutgoodeffectsofcontrol。Comparativesimulationsbetween

8、SDREandLQRreflectthatadvantagesofthe．H．武汉工程大学硕士学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。。，学位论文作者签名：移钐沙一年多月·力日学位论文版权使用授权书本学位论