电气工程及自动化-毕业设计-倒立摆系统状态反馈控制器的设计

《电气工程及自动化-毕业设计-倒立摆系统状态反馈控制器的设计》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、本科毕业设计倒立摆系统状态反馈控制器的设计33摘要倒立摆系统是一种高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合的系统，经常被现代控制理论的研究人员视为典型的研究对象，这是因为倒立摆的控制过程不仅能有效地反映控制中的许多关键问题，如镇定问题、随动问题以及跟踪问题，并且还可以不断从中发掘出新的控制策略和控制方法。通过对倒立摆的控制，我们能检验新的控制方法是否有较强的处理非线性和不稳定性问题的能力。对倒立摆机理的研究具有重要的理论和实际意义，对系统的研究也比较有实用价值。本文论述了倒立摆系统的国内外研究动态及意义。接着用牛顿力学分析法建立了一级倒立摆数学模型，用Lagrange

2、方程建立了二级倒立摆数学模型。其次介绍了状态能控性与能观性及线性二次型最优控制的概念，分析了一级倒立摆和二级倒立摆的稳定性，分别基于现代控制理论中的极点配置理论和线性二次型最优控制理论，对一级倒立摆和二级倒立摆分别设计了状态反馈控制器。然后利用Matlab对倒立摆进行计算机辅助设计和仿真，并对固高小车一级倒立摆进行了实时控制。在倒立摆系统的仿真实验中，摆角曲线最后收敛于零位置，小车位移曲线最后恒定不变。在实时控制实验中，一级倒立摆系统运行稳定，达到了理想的控制效果。关键词：倒立摆；极点配置；最优控制；仿真33AbstractTheinvertedpendulumis

3、atypicalorderinstablesystem,withmultivariable,nonlinear,strong-coupling.ItisoftenregardedasatypicalresearchobjectbythepeoplewhoresearchModerncontroltheory.Thisisnotonlybecausemanykeyproblems,suchascalmness,robustness,follow-upsexandtrackingincontrolcanbereflectedeffectivelyinthecontrol

4、lingprocess,butalsobecausesomenewcontrolstrategiesandcontrolmethodscanbeexploredcontinuously.Theinvertedpendulumcanbeusedtotestwhetherthenewcontrolmethodshavestrongabilityofdealingwithnonlinearandinstabilityproblems.Researchingthemechanismofinvertedpendulumisveryimportantintheoryandpra

5、ctice.Researchingthesystemalsohasgreatvalueinpractice.Thedevelopingtrendandsignificanceofstudyingtheinvertedpendulumsystemareexpoundedinthepaper.ThenthefirstlevelmathematicmodeloftheinvertedpendulumisestablishedbytheanalyticalmethodofNewtonmechanics,andadoublelevelmathematicmodelofthei

6、nvertedpendulumisestablishedwiththeLagrangeequation.Notonlytheconceptionofstatecontrollabilityandstateobservability,butalsotheconceptionoflinearquadricoptimalcontrolisintroduced.Andthenthestabilitiesofthefirstlevelanddoublelevelinvertedpendulumsystemsareanalyzed.Respectivelybasedonthet

7、heoryofpoleplacementandthetheoryoflinearquadricoptimalcontrolinmoderncontroltheory,thecontrollersforthefirstlevelanddoublelevelinvertedpendulumsystemsaredesignedrespectively.Thencomputer-aideddesignandsimulationforinvertedpendulumsystemaredonewithmatlab.Inthesimulationexperimentofcon