基于SIMULINK的倒立摆系统拟人智能控制的研究及实时控制的实现

发布时间：2021-08-22 05:48

　　倒立摆系统是一种典型的复杂难控系统,倒立摆的研究可归结为对非线性多变量、绝对不稳定系统的研究。采用智能控制方法对倒立摆的稳定控制的研究已取得了不少成就,但对具有大范围非线性且存在强烈车摆耦合的小车—倒立摆系统的摆起倒立控制的研究,并在MATLAB的Simulink环境下实现实时控制的还很少。本文具体工作包括:首先阐述了倒立摆系统控制研究的发展过程和控制现状,介绍了倒立摆系统的结构和数学模型,并详细推导验证了一级倒立摆和二级倒立摆的数学模型,分析了不同的建模的方法。其次本论文以单电机驱动下在受限轨道上运动的小车—单摆系统作为控制对象,以拟人智能控制理论为基础,对其进行控制算法研究以及实时控制系统进行了设计开发,并以MATLAB语言及其SIMULINK工具为基础,做了大量的仿真研究工作。再次应用遗传算法对倒立摆控制系统参数进行寻优,得到了满意的结果。最后在MATLAB的Simulink环境下搭建了实时控制系统,以较简单的控制模式成功地实现了小车—单摆的摆起倒立控制,最终实现了倒立摆系统的自动起摆和稳定控制,达到了预期的效果.。研究结果表明:在对象模型未知的情况下,在MATLAB的Simul... 

【文章来源】：武汉科技大学湖北省

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

直线一级倒立摆系统

建立它的数学模型。 建立数学模型由两种方法门学科领域提出来的物质和能量的守恒性和连续。这种方法得出的数学模型称为机理模型或解析另一种是从系统运行和实验数据建立系统的模型。 倒立摆的形状较为规则，而且是一个绝对不取其数学模型，故适合用数学工具进行理论推导一级倒立摆和直线二级倒立摆进行建模。牛顿－欧拉方法建模[4]由于其本身是自不稳定的系统，实验建模存在一些次要的因素后，倒立摆系统就是一个典型的运经典力学理论建立系统的动力学方程。下面我们级倒立摆系统的数学模型。，各种摩擦之后，可将直线一级倒立摆系统抽象 所示。

（a） 小车隔离受力图 （b） 摆杆隔离受力图图 2.2 倒立摆系统受力分析不妨做以下假设：M 小车质量 1.096 kgm 摆杆质量 0.109 kgb 小车摩擦系数 0.1 N/m/secl 摆杆转动轴心到杆质心的长度 0.25 mI 摆杆惯量 0.0034 kg*m2F 加在小车上的力x 小车位置φ 摆杆与垂直向上方向的夹角θ 摆杆与垂直向下方向的夹角（考虑到摆杆初始位置为竖直向下）根据图 2.2（a），分析小车水平方向所受的合力，可以得到以下方程：Mx = F bx N由摆杆水平方向的受力进行分析可以得到下面等式：

【参考文献】：
期刊论文
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[2]单摆甩起时间优化轨迹的计算方法[J]. 王铁军,张明廉,王小虎.  系统仿真学报. 2004(05)
[3]基于物理模型的拟人智能控制[J]. 李诚,张明廉.  航空学报. 2004(02)
[4]一种拟人智能控制的控制律定量方法[J]. 司昌龙,张明廉.  系统仿真学报. 2004(03)
[5]倒立摆控制的无扰切换[J]. 黄祖毅,李东海,姜学智,孙立明.  清华大学学报(自然科学版). 2004(02)
[6]倒立单摆摆起开环控制律的最优化算法[J]. 侯祥林,丛德宏,徐心和.  东北大学学报. 2004(01)
[7]倒立摆系统的非线性稳定控制及起摆问题的研究[J]. 付莹,张广立,杨汝清.  组合机床与自动化加工技术. 2003(01)
[8]拟人控制二维单倒立摆[J]. 张明廉,孙昌龄,杨亚炜.  控制与决策. 2002(01)
[9]单级倒立摆三种控制方法的对比研究[J]. 丛爽,张冬军,魏衡华.  系统工程与电子技术. 2001(11)
[10]倒立摆与自动控制技术研究[J]. 张葛祥,李众立,毕效辉.  西南工学院学报. 2001(03)



本文编号：3357130