基于分数阶的倒立摆系统建模及优化控制

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1、馨蠢一个屬Ｚ璋隐ＺＨＯＮＧＹＵＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕±学位论文基于分数阶的倒立摆系统建模及优化控制刘正博学科口类：Ｘ学专业名称：控制理论与控制工程导师姓名、职称：麽伍代教授陈金环教授２０１６年５月中原工学院学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是我个人在导师的指导下进行的研究工作。及取得的研究成果论文中陈了特别加Ｗ标注和致谢的地方外，不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研

2、巧的屆发和所作的贡献均邑在论文中作了明确的声明井表示了谢意。一本人学位论义与资料若有不实，愿意承担切相关的法律责任。学位论文作者签名：过已＃７＾年／月／日／／由巧下给陪学位论义识产权声明书本人完全了解中原工学院有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于中原工学院。学校有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版。。本人允许论文被査阅和借网学校可Ｗ将本学位，可论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索！Ｍ采用影印、缩印或扫描等复制手段保

3、存和汇编本学位论文。保密论文待解密后适合本声明。＞５学检论文作者签名：对￡譜指导教师签名＾｜＾＾、处｜／／年＾月Ｉ曰Ｖ／／年＾月／日授予单位代码10465学号或申请号密级中原工学院硕士学位论文基于分数阶的倒立摆系统建模及优化控制刘正博指导教师：廖伍代教授、陈金环教授申请学位级别：硕士专业名称：控制理论与控制工程论文提交日期：2016年3月论文答辩日期：2016年6月培养单位:中原工学院学位授予单位:中原工学院基于分数阶的倒立摆系统建模及优化控制专业名称：控制理论与控制工程研究生姓名：刘正博指导教师：

4、廖伍代陈金环摘要倒立摆系统具有非线性、多变量、不稳定的特性，只有采用必要的有效控制措施才能够使系统保持稳定。它作为控制领域内的一个理想而又实用的实验平台，能够使那些抽象的控制理论更加形象具体化等。因此，对于倒立摆系统的相关研究，在以后的实践操作中和科学研究中都能够起到深刻地指导作用。本文将环形倒立摆系统作为实验的被控对象，采用加权的频域最小二乘法建立等比例阶次分数阶模型，然后对分数阶PID控制器优化设计，而且能够使所建立的分数阶倒立摆模型达到稳定控制，主要内容如下：首先根据倒立摆系统具有的特性，得知依靠传统的整数阶模型很

5、难精确的描述，而分数阶系统模型比整数阶系统更加贴近于真实系统，描述也更加准确。然后本文针对于环形倒立摆系统引入分数阶微积分的建模方法，基于频域特性分数阶最小二乘法建立等比例阶次分数阶模型，并验证其正确性。然后针对我们建立的环形倒立摆分数阶模型，接着再对其进行控制器优化设计。在控制器设计这一部分，我们采用的是在传统的整数阶PID控制器基础上又多了两个可调参数的的分数阶PID控制器，同时又由于它的参数增加且参数难以选择的问题，在这里主要采用SignalConstraint优化模块来进行参数优化选择，最后通过对整数阶和分数阶P

6、ID的控制效果分析比较，最终得到以下结果：分数阶PID控制器能够成功的实现对实物环形倒立摆仿真模型的稳定性控制，而且相对于整数阶PID控制器能够取得了更加良好的控制效果。关键词：环形倒立摆；分数阶频域最小二乘法；等比例阶次分数阶系统；分数阶PID控制器；SignalConstraint优化模块FractionalOrderBasedInvertedPendulumSystemModelingandOptimizationControlMajor：ControlTheoryandControlEngineeringStud

7、entName:LiuZhengboSupervisor：LiaoWudaiChenJinhuanAbstractInvertedpendulumsystemhasthecharacteristicsofhigh-order,multi-variable,non-linearity,strong-couplingandinstability,tokeepinvertedpendulumsystemstable,thus,itisnecessarytoadopteffectivecontrolalgorithm.Asaty

8、picalexperimentdevice,itcanmaketheabstractcontroltheorymorevisualized,suchastherobustnessproblems,anti-interferenceproblems,nonlinearproblem.Meanwhile,theinver