试析二级倒立摆系统的稳定控制

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:硕士学位论文类别：全日制硕士研究生题目：二级倒立摆系统的稳定控制英文题目：StableControloftheDoubleInvertedPendulum研究生：赵美丽学科名称：控制理论与控制工程指导教师：王生铁教授张计科讲师二○○九年五月摘要倒立摆作为一个典型的不稳定和严重非线性系统，一直以来是控制理论界研究的热点，常被用作检验各种新型或先进控制策略优劣的实验装置。本文以实验室的二级倒立摆为被控对象，采用状态反馈极点配置控制算法，通过软件编程与硬件调试，以期实现二级倒立摆的稳定控制。本文首先

2、介绍了课题的背景及意义，综述了倒立摆系统及倒立摆稳定控制的研究现状；介绍了二级倒立摆系统的结构、工作原理及其数学模型，突出了其非线性特性的本质，并在线性化模型的基础上对该系统的能控性、能观性进行简要的分析。其次，针对本实验系统的计算机控制要求，对线性化数学模型进行离散化，并设计了离散的状态反馈控制器；在Matlab/Simulink环境下建立了二级倒立摆系统的仿真模型，选择不同的极点配置和不同的采样周期进行仿真研究，选取了一组较为合适的控制参数。最后，对信号调理、功率驱动等硬件电路的工作原理及特性进行深入的分析，根据本系统的控制要求，

3、给出了控制软件的流程框图，并编写了在DOS环境下的C语言源程序；完成整个实物系统的软硬件调试，最终实现了二级倒立摆的稳定控制，并对实验过程遇到的问题及实验结果进行分析。关键词：二级倒立摆；极点配置；稳定控制IAbstractAsatypicallyinstableandseverenon-linearsystem,theinvertedpendulumisallthetimearesearchfocusincontroltheory,anditisalsousedasanexperimentalequipmenttotestthepe

4、rformanceofnewlydevelopedoradvancedcontrolstrategies.Statefeedbackpole-placementcontrolalgorithmisemployed,andsoftwareprogrammingandhardwaredebuggingarecarriedoutinthisthesistoimplementstablecontrolofthedoubleinvertedpenduluminlaboratory.Firstly,thebackgroundandsignific

5、anceofthissubjectisintroduced,andtheresearchstatusofinvertedpendulumanditsstablecontrolathomeandbroadarereviewed.Theconfiguration,operatingprincipleandmathematicalmodelofdoubleinvertedpendulumisalsopresented,andthenatureofitsnon-linearcharacteristicsishighlighted.Thecon

6、trollabilityandobservabilityofthelinearizedmodelofthesystemissimplyanalyzed.Secondly,accordingtothecomputercontrolrequirementsofthelabsystem,itslinearmathematicalmodelisdiscreted,andthediscretestatefeedbackcontrollerisdesigned.Thesimulationmodelofthedoubleinvertedpendul

7、umisbuiltupinMATLAB/Simulink,andsuitablecontrolparametersarechoosenbysimulationstudyunderdifferentclosedlooppolesandsamplingperiods.Finally,theoperatingprincipleandcharacteristicsofsignalconditioning,powerdrivingcircuitandthelikeareanalyzedin-depth,andtheflowchartandCla

8、nguageprogrammingofcontrolsoftwarearegiveninDOSenvironmentinaccordancewiththecontrolrequirementsofthesystem.Ha