基于改进型自抗扰控制的一级直线倒立摆控制系统研究

发布时间：2021-04-22 04:06

　　一级直线倒立摆作为倒立摆家族中最为经典的系统,是一个多变量、强耦合、单入多出的系统,因此对倒立摆控制系统的控制具备一定的复杂性。倒立摆系统对控制的实时性要求很高,传统的倒立摆控制理论的控制精度已经很难达到目前人们的需求,其控制的精度有待提升。为了改善对倒立摆控制系统的品质,提高倒立摆控制的控制精度,本文展开了基于改进型自抗扰控制的一级直线倒立摆控制系统研究。首先建立了系统的模型,包括:一级直线倒立摆的数学模型和驱动电机的位置角数学模型。其次研究了改进型自抗扰控制策略:从系统内部非线性函数研究出发,设计了零点平滑性和连续性更好的非线性函数,为改进型扩张状态观测器和改进型非线性误差控制率的设计奠定基础;基于该非线性函数设计了观测性能更优的改进型扩张状态观测器,将小车位置和摆杆角度分别扩张成两个状态并对扰动进行实时估计;基于该非线性函数设计了改进型非线性状态误差反馈率,将跟踪微分器的跟踪信号和扩张状态观测器的状态进行非线性整合,为系统提供优质输出量;将设计的改进型自抗扰控制策略的跟踪微分器、改进型扩张状态观测器和改进型非线性状态误差反馈率分别进行了仿真分析,证明了其良好的控制性能。然后结合一... 

【文章来源】：安徽工程大学安徽省

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 一级直线倒立摆的研究现状
        1.2.2 自抗扰控制的研究现状
        1.2.3 自抗扰控制应用于一级直线倒立摆的研究现状
    1.3 论文选题及结构
第2章 一级直线倒立摆系统建模
    2.1 前言
    2.2 数学建模
        2.2.1 一级直线倒立摆的数学模型
        2.2.2 Matlab建模分析
    2.3 一级直线倒立摆驱动电机建模
        2.3.1 建模分析
        2.3.2 仿真验证
    2.4 本章小结
第3章 自抗扰控制方法研究
    3.1 前言
    3.2 自抗扰的基本结构及原理
    3.3 改进型自抗扰控制器设计
        3.3.1 非线性函数的设计
        3.3.2 跟踪微分器的设计
        3.3.3 改进型扩张状态观测器的设计
        3.3.4 改进型非线性误差反馈率的设计
        3.3.5 改进型自抗扰控制器
    3.4 本章小结
第4章 一级直线倒立摆改进型自抗扰控制系统研究
    4.1 前言
    4.2 一级直线倒立摆改进型自抗扰控制器的设计与实现
        4.2.1 一级直线倒立摆自抗扰控制策略模型
        4.2.2 一级直线倒立摆跟踪微分器设计
        4.2.3 一级直线倒立摆扩张状态观测器设计
        4.2.4 一级直线倒立摆非线性状态误差反馈率设计
    4.3 一级直线倒立摆改进型自抗扰控制仿真与分析
    4.4 本章小结
第5章 一级直线倒立摆自抗扰控制实验研究
    5.1 前言
    5.2 一级直线倒立摆驱动电机实验模型
    5.3 一级直线倒立摆系统自抗扰控制实验设计
        5.3.1 系统驱动电机跟踪微分器设计
        5.3.2 系统驱动电机扩张状态观测器设计
        5.3.3 系统驱动电机非线性误差反馈控制率设计
        5.3.4 系统驱动电机改进型自抗扰控制器设计
    5.4 交流伺服电机控制实验研究
    5.5 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 全文结论
    6.2 后续研究与展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文目录
致谢



本文编号：3153129