基于输出反馈控制的二级倒立摆系统.pdf

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1、第34卷第5期实验室研究与探索Vo1．34NO．52015年5月RESEARCHANDEXPL0RATIONINLABORATORYMav2015基于输出反馈控制的二级倒立摆系统齐迹，李艳辉，张景圻(1．齐齐哈尔大学通信与电子工程学院，黑龙江齐齐哈尔161006；2．东北石油大学电气信息工程学院，黑龙江大庆163318；3．大庆石化建设公司，黑龙江大庆163714)摘要：由于直线二级倒立摆系统中，小车和倒立摆速度不能直接测量，所以尝试采用基于输出反馈控制器的鲁棒日控制方法对二级倒立摆进行控制。首先，利用Lyapunov稳定

2、性理论并结合LMI技术进行输出反馈控制器的设计，然后在Matlab环境下对倒立摆系统进行仿真研究。实验结果表明，本文所设计的输出反馈控制器是令人满意的。关键词：二级倒立摆；输出反馈控制；鲁棒性；H范数中图分类号：TP273文献标志码：A文章编号：1006—7167(2015)05—0108—04StudyofDoubleInvertedPenduIumSystemBasedonOutputFeedbackControlQ，，LIYah—hui，ZHANGJing—xin(1．CommunicationandElectron

3、icEngineeringInstitute，QiqiharUniversity，Qiqihar161006，China；2．ElectricalandInformationEngineeringcollege，NortheastPetroleumUniversity，Daqing163318，China；3．DaqingPetrochemicalConstructionCompany，Daqing163714，China)Abstract：Duetolinetwolevelinvertedpendulumsystem，c

4、artandinvertedpendulumvelocitiescannotbemeasureddirectly，Therefore，itistriedtouserobustHcontrolmethodbasedonoutput~edbackcontrollertocontrolthetwostageinvertedpendulum．First，theoutput~edbackcontrollerisdesignedwithLyapunovstabilitytheoryandLMItechnology，andthensim

5、ulationisrealizedunderMatlab．Theresultshowsthatthedesignedoutput~edbaekcontrollerissatisfactory．Keywords：doubleinvertedpendulum；output~edbackcontrol；robustness；Hnorm系统的收敛速度和抗干扰能力都可以通过倒立摆系统0引言反映出来，许多控制理论的专家、学者一直将它视倒立摆系统具有高阶次、多变量、严重不稳定等特为典型的研究对象，不断探索新的控制策略和方法。点[1-23

6、，控制系统中一些抽象的概念如稳定性、可控性、文献[5]研究了直线倒立摆系统控制特性的影响因素；文献[6]采用变增益LQR控制方法对倒立摆系统进行控制；Taylor和Ibanez等人分别采用极点配置和收稿日期：2014—10—24Lyapunov函数对倒立摆系统进行研究；文献[9]采基金项目：国家杰出青年基金项目(61004067)；黑龙江省自然科学基金项目(QC2011C043)；齐齐哈尔大学青年教师项目(2012k—M08)；齐用非线性逆系统轨迹控制实现三级倒立摆的自动摆齐哈尔大学教育科学研究项目(2013068)起；文

7、献[10—12]采用基于观测器的方法对倒立摆系统作者简介：齐迹(1979一)，女，黑龙江呼兰人，硕士，副教授，主研进行研究。这些控制方法已被广泛接受，具有重要的领域：鲁棒控制，滤波，随机系统，网络控制系统。理论和实际应用价值。然而，直线二级倒立摆系统中E—mail：qi-ji一1979@126．COB直接可测的状态只有小车和倒立摆的位置，小车和倒第5期齐迹，等：基于输出反馈控制的二级倒立摆系统1O9立摆的速度是不能直接测量的，所以上述方法存在一2基于输出反馈控制器的鲁棒日方法定的局限性。本文通过设计输出反馈控制器来实现对倒

8、立摆系本文的期望目标为：统的控制n”，将该系统中小车与导轨之间的摩擦力(1)闭环系统(当’．，(t)=0时)渐近稳定。当作一种扰动，同时考虑系统参数摄动问题，对二级倒(2)设计输出反馈控制器，求出具有形式(2)的立摆系统进行建模，选择合适的Lyapunov函数推导出输出反馈控制器增益矩阵A。，，c。，D