基于比例切换变结构控制的倒立摆系统的研究

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1、湖南工业大学本科生毕业设计湖南工业大学本科生毕业设计摘要倒立摆系统的控制研究长期以来被认为是控制理论及其应用领域里引起人们极大兴趣的问题。它是检验各种新的控制理论和方法的有效实验装置，作为一个高阶、非线性、不稳定系统，倒立摆的稳定、随动控制相当困难，在控制领域中是一个极具挑战性的难题。本文首先阐述了倒立摆系统控制研究的发展过程和控制现状，介绍了倒立摆系统的结构和数学模型，其次，本文针对倒立摆系统不稳定、建模存在误差且有干扰的非线形问题，研究了基于比例切换的滑模变结构控制的方法，设计了控制系统的切换面和基于

2、比例切换函数的滑模控制器，经仿真后在实验系统上进行了物理实现。结果表明，该控制方法能有效抑制倒立摆系统参数摄动引起的扰动和外加干扰，能有效提高倒立摆控制系统的稳定性、控制精度、响应速度、系统鲁棒性强。关键词：倒立摆，滑动模态，变结构控制，比例切换，鲁棒性II湖南工业大学本科生毕业设计ABSTRACTThecontrolofinvertedpendulumsystemhaslongconsideredanintriguingproblemforcontroltheoryanditsapplications.

3、Itiswellknownastestbedfornewcontroltheoryandtechniques.Asahighlynonlinearandunstablesystem,thestabilizationcontrolofinvertedpendulumsystemisaprimarychallengeforresearchersinthisfieldbecauseofthedifficultyoftheproblem.Afterconciselyintroducingthedevelopmen

4、tandcurrentsituationofinvertedpendulumsystemresearch,themechanismandmathematicalmodelofinvertedpendulumarepresented.Secondly,themethodofslidingmodecontrolbasedonproportionswitchingisresearchedtosolvethenonlinearcontrolproblemthattheinstabilityandmodeerror

5、andinterfereisstrongintheinversependulumsystem.Thenaswitchingsurfaceandaslidingmodecontrollerbasedonproportionswitchingfunctionfortheinversependulumsystemisdesigned.Itisrealizedonanexperimentsystemafterthesimulationhasbeenfinished.Theresultsshowthatthisco

6、ntrolmethodcaneffectivelyrestrainthedisturbancederivedfromtheparametervarietyofandexternalinterfere,andimprovethestability,controlveracityandresponseofthecontrolsystem,thecontrolsystemisrobust.Keywords:inversependulum,slidingmode,variablestructurecontrol,

7、proportionswitching,robustnessII湖南工业大学本科生毕业设计目录第1章绪论11.1问题的提出及研究意义11.1.1问题的提出11.1.2研究意义及应用前景21.2国内外研究现状31.3本文研究的主要内容4第2章系统实现方案及相关问题52.1倒立摆系统结构及工作原理52.2倒立摆系统控制策略综述52.2.1经典控制策略52.2.2现代控制策略62.2.3智能控制策略72.3控制策略的确定8第3章倒立摆系统数学模型的建立93.1概述93.2数学模型的建立9第4章滑模变结构控制12

8、4.1滑模变结构控制基本原理124.1.1滑动模态定义及数学表达式124.1.2滑模变结构控制的定义134.2滑模变结构控制的三要素144.2.1滑动模态的存在性条件144.2.2滑动模态的能达性条件144.2.3滑模运动的稳定性条件144.3滑模控制的性质154.4控制器设计的基本方法154.5基于比例切换函数的滑模控制16第5章倒立摆系统变结构控制器设计175.1滑模变结构控制器的设计1731湖南工业大学本科生毕业设计5.