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1、第24卷第3期上海电力学院学报Vo.l24,No.32008年9月JournalofShanghaiUniversityofElectricPowerSep.2008文章编号:1006-4729(2008)03-0236-03直线二级倒立摆的PID实时控制杨平,徐春梅,贺茂康,杨四林,汪潜(上海电力学院电力与自动化工程学院,上海200090)摘要:针对直线二级倒立摆系统的单输入三输出的不稳定系统,提出了三回路PID控制方案.利用所提出的PID控制系统与状态反馈控制系统具有相同结构的特点,提出了利用状态反馈极点配置方法来整定PID参数的思路.通过实际控制实验,验
2、证了所提出的PID控制方案的有效性,也证实了采用整定PID参数的新思路可克服人工整定的困难.关键词:倒立摆;实时控制;PID控制;状态反馈;极点配置+中图分类号:TP13;TP271.2文献标识码:APIDRea-ltimeControlforALinearDoubleInversedPendulumSystemYANGPing,XUChun-Me,iHEMao-kang,YANGS-ilin,WANGQian(SchoolofElectricPowerandAutomationEngineering,ShanghaiUniversityofElectricPower,Shangha
3、i200090,China)Abstract:Forsuchasingle-inpu-tthree-outputunstablesystem,thethreeloopPIDcontrolschemeisdesignedforalineardoubleinversedpendulumsystem.WiththesamestructureofthePIDcontrolsystemandthestatevariablefeedbacksystem,anewsolutiontotuningPIDcontrolparametersbypoleplacementispresented.Theact
4、ualtestresultdemonstratesthefeasibilityofPIDcontrolandtheadvantageofovercomingtuningdifficultybyusingthenewapproach.Keywords:inversedpendulum;rea-ltimecontro;lPIDcontro;lstatevariablefeedback;poleassignment倒立摆系统是一个非线性自然不稳定系统.目前,已有多种先进的控制算法如最优控制、它的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合的自适应控制、智能控制、自抗扰控制在倒立摆系统特性吸引了众
5、多研究者,他们把倒立摆系统视为上成功应用的报道.但是,很难看到采用常规PID最佳的理论方法用以验证试验研究对象,不断从控制成功地控制倒立摆系统的报道.作者曾采用[1]倒立摆控制研究中发掘出新的控制方法,并将其常规PID成功地控制起直线型一级倒立摆,证应用于航天科技、机器人学等各种高新科技领域.明了常规PID不能成功地控制倒立摆的结论而且倒力摆系统也是进行控制理论数学及开展各不成立.本文主要研究采用常规PID来控制直线种新控制策略研究的理想验证平台.型二级倒立摆.收稿日期:2008-07-08作者简介:杨平(1954-)男,教授,浙江诸暨人.主要研究方向为计算机测控技术.Emai:l
6、yangping1201@126.com.基金项目:上海市重点学科建设项目(P1301).杨平,等:直线二级倒立摆的PID实时控制2371直线二级倒立摆直线二级倒立摆在结构上要比一级倒立摆复杂,需要控制的量比一级倒立摆多一个.针对直线二级倒立摆这样的复杂系统,本文提出采用三回路PID控制方案.从理论上讲,应用最广泛的PID控制律在实际中应该能把二级倒立摆控起来.但是,实验表明:若运用人工试凑的参数调整方法直接对三回路PID控制器的参数进行整定,几乎不图2直线二级倒立摆系统可能将二级摆竖立起来.1.1直线二级倒立摆计算机控制系统结构直线型二级倒立
7、摆的数学模型见式(1).x图1是直线二级倒立摆计算机控制系统的结x[2]0001000构简图.110000100它是由机械部分、电气部分和计算机控制3220000010=+u大部件组成.机械部分包括:轨道、传动皮带和皮xx0000001带轮、倒立摆本体(包括小车,上、下摆,以及一些086.69-
