基于观测器的立方体系统控制研究

《基于观测器的立方体系统控制研究》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、硕士论文基于观测器的立方体系统控制研究摘要立方体系统是～个结构简单的实验装置，但作为被控对象，它具有非线性、多变量、强耦合和结构不稳定的特性，只有通过控制才能使之稳定，该装置能够用于研究非线性、多变量、强耦合系统的性能及其控制。本文所用的立方体是由加拿大Quanser公司开发的。本文首先采用Lagrange方程的方法建立系统的数学模型并进行线性化，通过分析验证了立方体系统是可控、可观测的。然后基于系统的线性化模型，得出了系统的LQR反馈控制律，由于立方体系统有一个状态变量是无法直接测量到的，因此还设计了系统的一维状态观测

2、器。其次，采用将RBF神经网络和遗传算法相结合的进化RBF神经网络控制方法对立方体系统进行控制，控制器在结构上采用RBF神经网络，利用遗传算法优化RBF网络的参数，并用递推最小二乘法(RLS)在线调整RBF网络的输出权值，增强系统的抗干扰能力。该方法把立方体平衡点附近的状态反馈控制作为RBF网络控制器的约束条件，这样可以减少优化参数的个数。然后，在MATLAB／Simulink环境下分别采用这两种方法对立方体控制系统进行仿真，并结合实时控制软件WinCon完成了立方体实物系统的实时控制。实验结果验证了观测器的有效性，所设

3、计的控制器也具有较好的稳定性和鲁棒性。最后，针对立方体系统的特性，对Lipschitz非线性系统状态观测器的设计进行了讨论。具体研究了一种基于线性矩阵不等式的Lipschitz非线性降维观测器，并将它用于立方体系统，设计了立方体系统的Lipschitz非线性降维观测器。关键词：立方体，降维观测器，LQR控制，RBF神经网络，遗传算法，Lipschitz非线性观测器Abstract硕士论文Thecubesystemisasimpleexperimentalapparatus．Butitiscomplicatedasacon

4、trolledplant．Itismultivariable，nonlinear,strong—couplingandstructurallyinstable．Sothecubecallbestabilizedonlybyadoptingeffectivecontrolmethod．ThisapparatusCanbeusedtostudytheperformanceandcontrolmethodofthesystems，whicharenonlinear,multivariableandstrong-coupling

5、．ThecubeusedinthispaperisprovidedbythecompanyofQuanserincallada．Inthispaper,themathematicalmodelofthecubeisestablishedwithLagrangeequation，andthenitislinearized．Thecubeisprovedtobecontrollableandobservablebyanalyzingthemathematicalmodel．ThentheLQRcontrollawisobta

6、inedaccordingtothelinearmodel．BecauseoneofthestatevariablesCan’tbemeasured，areduced—orderobserverisdesigned．Inthispaper,acontrolmethodcombiningRBFneuralnetworkswithgeneticalgorithmsisadoptedtocontrolthecubesystem．GeneticalgorithmsareusedtooptimizetheparametersofR

7、BFNNcontroller．ThentheweightsofRBFNNareadjustedonlinewithRLSalgorithmtoenhancetherobustnessofthesystem．TheRBFNNcontrollerisconstrainedbytheconditionofthelinearcontrollerdeisgnSOthattherearelessparameterstobeoptimized．BoththeLQRcontrollerandtheRBFNNcontrollerareus

8、edtocontrolthecube．ThesimulationiscompletedusingMATLAB／Simulink．AndtheexperimentsaredoneonthecubewithWinCon，whichisareal—timecontrolsoftwaredevelopedbyQuancer．