| 【中文题名】 | 倒立摆系统的控制分析及其混沌运动的研究 |
| 【英文题名】 | Control Realization and Chaotic Analysis of Inverted Pendulum |
| 【学科专业】 | 机械设计及理论 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2005-9-21 |
| 【中关键词】 | 倒立摆系统,系统仿真,最优控制,多尺度方法,混沌动力学, |
| 【英关键词】 | inverted pendulum system,system simulation,optimal control,multiple method of scale,chaotic dynamics, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化基础理论>自动控制理论>> |
| 【论文摘要】 | 倒立摆控制系统是一个典型的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强藕合控制系统。本文设计并搭建了一级倒立摆实验平台系统,编程基本实现了对系统的“倒立”控制;研究了二级倒立摆系统的非线性动力学特性,表明二级倒立摆系统在某些特定参数区域内可以出现混沌运动。
本文的研究内容和所获得的主要结果有以下几个方面:
(1)阐述了倒立摆系统的相关研究背景及实际意义介绍了倒立摆系统在工程实际中的应用及研究现状,总结了近几年来国内外对倒立摆系统的研究进展和取得的成果, 指出了倒立摆系统研究发展的趋势及进行研究的必要性。
(2)设计并搭建了一级倒立摆实验平台系统建立了一级倒立摆系统的数学模型,对其系统进行了可控制性分析、原理分析,以及从机械部分、传感器、控制装置、执行装置四个方面分析了实际控制系统的组成。
(3)编程控制了一级倒立摆实验平台系统通过先前的系统建模、状态反馈设计,对系统进行了MATLAB 控制仿真、用LQR 方法编程实现对此一级倒立摆的最优控制。MATLAB 仿真结果良好,软件部分采用VB 语言开发,基本实现了对系统的‘倒立’控制和相关实时参数的显示。
(4)分析了二级倒立摆系统的非线性动力学方程建立... |
| 【论文题纲】 |
|
摘要 |
3-4 |
|
Abstracct |
4-8 |
|
第1章 绪论 |
8-17 |
|
1.1 倒立摆系统的相关背景及实际意义 |
8-9 |
|
1.2 倒立摆系统国内外的研究现状 |
9-15 |
|
1.2.1 以控制理论视角进行的研究 |
9-11 |
|
1.2.2 以非线性动力学视角进行的研究 |
11-14 |
|
1.2.3 应用教学等方面的开发研究 |
14-15 |
|
1.3 本课题的研究意义和必要性 |
15 |
|
1.4 本课题的来源及主要研究内容 |
15-17 |
|
第2章 一级倒立摆系统实验平台的系统搭建 |
17-33 |
|
2.1 一级倒立摆系统数学模型的建立 |
17-20 |
|
2.2 一级倒立摆控制系统的原理分析 |
20-24 |
|
2.2.1 一级倒立摆系统的可控制性分析 |
20-22 |
|
2.2.2 机电一体化系统与倒立摆系统 |
22-23 |
|
2.2.3 一级倒立摆控制系统的原理分析 |
23-24 |
|
2.3 一级倒立摆实验平台控制系统的组成分析 |
24-29 |
|
2.3.1 机械部分分析 |
24-25 |
|
2.3.2 执行装置分析 |
25-28 |
|
2.3.3 传感器分析 |
28 |
|
2.3.4 控制装置分析 |
28-29 |
|
2.4 实际平台系统的硬件、软件组成 |
29-30 |
|
2.5 准备、安装和相关具体的调整分析 |
30-32 |
|
2.6 本章小结 |
32-33 |
|
第3章 一级倒立摆系统实验平台的编程控制 |
33-42 |
|
3.1 LQR 最优调节器原理 |
33-34 |
|
3.2 系统 MATLAB 控制仿真 |
34-36 |
|
3.3 Visual Basic 控制编程 |
36-40 |
|
3.4 系统维护及常见故障处理 |
40-41 |
|
3.5 本章小结 |
41-42 |
|
第4章 二级倒立摆系统非线性动力学方程的建立及其摄动分析 |
42-61 |
|
4.1 非线性动力系统的建模 |
42-43 |
|
4.2 二级倒立摆系统模型的非线性动力学方程建立 |
43-48 |
|
4.3 二级倒立摆系统模型的非线性动力学方程简化 |
48-55 |
|
4.4 二级倒立摆系统在内共振情况下的摄动分析 |
55-60 |
|
4.5 本章小结 |
60-61 |
|
第5章 二级倒立摆系统的数值模拟 |
61-97 |
|
5.1 混沌运动的分析方法 |
61-62 |
|
5.1.1 混沌运动的基本特征 |
61-62 |
|
5.1.2 分析混沌运动的数值方法和特征描述 |
62 |
|
5.2 二级倒立摆系统混沌运动的数值模拟 |
62-96 |
|
5.3 本章小结 |
96-97 |
|
结论 |
97-100 |
|
参考文献 |
100-104 |
|
附录 |
104-113 |
|
攻读硕士学位期间所发表的学术论文 |
113-114 |
|
致谢 |
114 |
|
| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.387453 |
