倒立摆控制翻译

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1、倒立摆的控制摘耍通过移动沿一条水平的轨道的一个推车來平衡倒立摆在控制领域是一个经典问题。本文将描述两种方法从初始向下位置到一个垂直位置摆起放置在推车上的倒立摆，并且维持那个状态。一个非线性启发式控制器和能量控制器被实施是为了摇摆摆锤到一个垂直位置。在摆锤摇摆之后，一个线性二次方线性优先状态反馈控制器被实施维持平衡的状态。启发式控制装置输出一个反复信号适逢其时地为具体实验性设定精巧调整。为了达到期望的能量状态，能量控制器向倒立摆系统增加适量能量。优先状态反馈控制器是基于在垂直位置线性化的模型的一个稳定的控制器，并且当推车摆锤系统在平衡的状态附近时才是有效的。摆锤从位置向下摇摆到垂直位置使用

2、两个方法，并且得到实验结果。1.绪论倒立摆系统在控制系统领域是一个标准的控制问题。它们经常在验证线性控制的概念例如不稳定系统的稳定是很有用的。因为系统在本质上是非线性的，在说明某些在非线性控制的想法也是有用的。在这个系统小，i个倒立摆被装置在推车上，马达装备驱动推车沿一条水平的轨道运动。用户可以通过马达设置推车的位置和运动速度，轨道使推车保持在水平的运动方向上。传感器附在推车和枢轴上是为了分別测量推车的位置和摆锤的连接角。测量方法釆取被连接到MultiQ-3通用数据收集和控制板上的求积分法编码器。Matlab/Simulink被用于实施控制和分析数据。倒立摆系统本质上有两个平衡，当其中之

3、一是稳定的时，另一个是不稳定的。稳定的平衡对应于摆锤向下指向的状态。在没有任何控制力吋，系统将自然地回到这个状态。稳定的平衡不要求控制输入的影响，并且，因而，从控制的观点讲它是无意义的。不稳定的平衡对应于摆锤向上确实地指向，并且，因而，要求一个控制力把摆稳定在这个位置上。倒立摆问题的基本控制口标是，当摆锤从垂直状态起摆时，使摆维持在不平衡的位置。这个项冃的控制目标是从稳定平衡的位置（摆指向下）摆起，到不稳定平衡的位置（摆垂直），并保持在这个状态。1.模型倒立摆主要结构如图1所示。图1倒立摆装置推车位置P和连接角0是通过求积分法编码器來测量的，然后采由推车装备马达提供推车的水平运动。2.状

4、态估计对于倒立摆试验装置，并不是所有的变量对于测量是可利用的。实际上，只有推车位置P和摆锤角度0,使被直接地测量。这意味着推车速度和摆锤角速度对于在稳定Z外的任何控制方案不是立即可用的。因此，观察员被依靠供应状态的准确估计，在所有推车摆锤位置。一个线性充分的状态观测器可以根据及早获得的线性化的系统被实施。这名观测者很容易在在线性化的点附近设计并且提供所有状态的准确估计。观测者被实施通过使用线性化的系统动力学和增加的复制品用是在错误的获取在估计的修止项。LQR设计决定了观测者获取矩阵，类似被用于确定最优的状态反馈稳定的控制器的获取。3.摆起控制器设计有两个不同的控制方案将倒立摆从向下位置起

5、摆到垂直位置。第一个控制方案是一个启发式控制器提供在适当的方向的恒定的电压，并因而，推动推车沿轨道反复來冋地运动。它将重复控制，直到摆锤是足够接近垂直位置然后这样稳定的控制器可以被触发维护这个平衡的状态。第二个控制方案是设计调控摆锤能量的的数量的能量控制器。这个控制器输入能量到推车倒立摆系统，直到它获得对应于在垂宜位置的摆锤的能量状态。当摆锤接近于垂直位置，类似于启发式控制方法，能量控制方法也将换成稳定的控制器。当摆锤在垂直位置的摆角在5。之内并且角速度慢于2.5弧度每秒时，在这两种情况下触发稳定的控制器的转变是有活性的。启发式控制器启发式控制器是基于逻辑的控制设计，它使根据系统的状态实

6、吋决定推车的位置和方向的。基于重复的实验获取的具体电压用于推车马达。每当摆锤根据摆锤摇摆的方向到达向下位置时，这个控制器推动推车来回地运动，并且当它到达向下位置时，依赖摆锤的起摆方向。基于逻辑的控制设计是完全依赖于摆锤的角度，摆锤的角度其中一个可利用的被测量的状态变量。每当摆锤角度向下横渡位置，控制方案将改变推车运动的方向。因为这控制设计根据摆锤角度单独地，向下位置是优选的片刻时间，通过在适当的方向上移动推车向摆锤增加能量。在它向下横渡位置Z后，方向推车移动是摆锤角度的相反标志。当推车运动的方向是坚定的时，恒定的电压获取适用丁推车马达宜到摆锤的同样方向向下回到位置。这种控制方案将反复有效

7、地沿轨道移动推车，直到摆锤摇摆足够接近垂直位置。作为重点值得注意的是，这种控制方案的本质是同一推车运动是应用的不管摆锤在是否在水平轴Z上或ZK（因为摆锤角度的标志依然是不变的）o推车摆锤系统的本质，然而，曾经增加能量到摆锤的同一推车运动，当它现在在水平的轴之下吋从摆锤实际上拿走能量。最终，摆锤将到达一个这样的点，它不可能增加没有其他能量到摆锤系统，但是它有足够的能量被建立并到达垂直位置。要避免这种现象，在摆锤和向下位置成135。角时