| 【中文题名】 | 多级倒立摆控制算法的研究与应用 |
| 【英文题名】 | The Study and Application of the Control Algorithm for Multiple Inverted-Pendulum |
| 【学科专业】 | 检测技术与自动化装置 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-8-2 |
| 【中关键词】 | 倒立摆,LQR算法,最优控制,,, |
| 【英关键词】 | inverted-pendulum,LQR algorithm,optimal control, |
| 【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】 |
倒立摆系统是非线性、强耦合、多变量和自然不稳定的系统。在控制过程中，它能有效地反映诸如可镇定性、鲁棒性、随动性以及跟踪等许多控制中的关键问题，是检验各种控制理论的理想模型。
本文首先回顾了在倒立摆控制方面国内外的研究现状及常见控制算法，说明了本课题研究的主要内容和采用的方法。第二章介绍了一、二、三级直线倒立摆系统的结构，给出数学模型的建立和推导过程，分析其可控性、可观测性，讨论了采用线性二次型最优调节器(LQR)控制算法对倒立摆系统进行稳定控制的可行性。第三章应用LQR算法，以MATLAB为工具，分别做了一、二、三级直线倒立摆的稳定控制和加扰仿真实验。进一步，通过对仿真实验数据进行对比分析，探讨了加权阵Q中权系数的选择规律。为了使仿真的效果更为形象化，本章还运用MATLAB语言编写了仿真动画程序。实验结果表明，基于上述原理控制一、二、三级直线倒立摆，能够达到良好的控制效果，且系统具有一定的抗干扰能力。第四章简要地介绍了倒立摆实验平台和系统的硬件结构。在软件设计部分，先介绍实时控制系统软件的构成模块，再对设计过程中几个重点考虑的问题进行分析，包括运动控制器的初始化，中断和系统的运行安全机制等，... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
4-5 |
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Abstract |
5-8 |
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1 引言 |
8-12 |
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1.1 倒立摆系统研究的科学意义和应用前景 |
8 |
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1.2 国内外研究现状及其分析 |
8-10 |
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1.3 课题研究的主要内容和方法 |
10 |
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1.4 本章小结 |
10-12 |
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2 倒立摆系统的数学模型 |
12-28 |
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2.1 一级倒立摆系统 |
12-16 |
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2.1.1 一级倒立摆的数学模型 |
12-13 |
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2.1.2 一级倒立摆数学模型的线性化 |
13-14 |
|
2.1.3 一级倒立摆系统的性能分析 |
14-16 |
|
2.2 二级倒立摆系统 |
16-23 |
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2.2.1 二级倒立摆的数学模型 |
16-20 |
|
2.2.2 二级倒立摆数学模型的线性化 |
20-22 |
|
2.2.3 二级倒立摆系统的性能分析 |
22-23 |
|
2.3 三级倒立摆系统 |
23-27 |
|
2.3.1 三级倒立摆的数学模型 |
23-25 |
|
2.3.2 三级倒立摆数学模型的线性化 |
25-26 |
|
2.3.3 三级倒立摆系统的性能分析 |
26-27 |
|
2.4 本章小结 |
27-28 |
|
3 倒立摆系统的LQR控制 |
28-50 |
|
3.1 LQR最优调节器原理 |
28-29 |
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3.2 倒立摆系统的LQR控制仿真 |
29-43 |
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3.2.1 一级倒立摆的LQR控制 |
29-33 |
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3.2.2 二级倒立摆的LQR控制 |
33-35 |
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3.2.3 三级倒立摆的LQR控制 |
35-38 |
|
3.2.4 加权矩阵系数的选择 |
38-43 |
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3.3 仿真控制动画效果设计 |
43-48 |
|
3.4 本章小结 |
48-50 |
|
4 二级倒立摆的实物控制 |
50-76 |
|
4.1 硬件设备介绍与分析 |
50-51 |
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4.2 软件设计与实现 |
51-73 |
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4.2.1 系统的控制设计 |
51-53 |
|
4.2.2 程序的设计框架及相关说明 |
53-56 |
|
4.2.3 程序的主体模块 |
56-73 |
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4.3 二级倒立摆实时控制效果图 |
73-75 |
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4.4 本章小结 |
75-76 |
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5 结论 |
76-78 |
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(1) 主要内容 |
76 |
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(2) 不足之处 |
76-78 |
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参考文献 |
78-82 |
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申请学位期间发表的学术论文 |
82-84 |
|
致谢 |
84 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.388786 |
