输入受限的板球系统控制与仿真

发布时间：2024-04-23 01:37

　　板球系统是一种典型的欠驱动系统,其具有高阶、非线性、强耦合、开环不稳定等特性,几乎包含了复杂系统的所有特征,是控制理论研究的理想实验平台。执行机构饱和在实际的控制系统中是普遍存在的,因此所有控制系统的输入控制量是有限制的,板球系统也不例外。这些问题都为板球系统的控制带来了困难。本文在对板球系统的运动控制研究中,考虑到执行机构动态,根据直流电机的运动方程与齿轮传动知识,建立了伺服系统数学模型,并结合拉格朗日方程建立了伺服系统+“板—球”系统的一体化模型,使控制变量及其约束范围更为准确。针对系统中小球运动速度变量不可测的问题,本文在一体化模型简化的基础上设计了降维状态观测器,观测系统中无法检测的变量,为系统的控制带来了便利。为实现板球系统的定点控制和轨迹跟踪控制,对于非线性一体化模型,使用链式求导的方式设计了滑模控制器,实现了板球系统的稳定控制。为提高轨迹跟踪控制中系统达到稳态时的性能,根据控制目标,使用微分平坦技术求出了系统的前馈控制量,并建立轨迹跟踪偏差系统,通过滚动LQR控制算法求出了偏差系统的镇定控制量,实现了轨迹跟踪的精准控制。对于板球系统存在的输入受限问题,本文使用了径向基(R...

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图2.1Quanser板球系统示意图

第2章板球系统数学建模与观测器设计7第2章板球系统数学建模与观测器设计板球系统的运动过程比较复杂，但其运动机理比较明显，符合运动学的一般规律，因此，广大研究者一般都根据其运动规律，通过机理建模法建立板球系统数学模型。然而，在大多数仿真研究中，所建立的均是以平板旋转角度和平板旋转角....

图2.2板球系统运动坐标图

第2章板球系统数学建模与观测器设计82.1.2“板-球”运动系统数学模型“板-球”系统指只考虑平板与小球，不考虑伺服传动部分的运动系统。建立以平板中心点为原点的三维坐标系，“板-球”系统的运动模型如图2.2所示，其中，以x、y代表小球在水平面两个方向上的位移，、分别为为平板绕其对....

图2.3x方向子系统受力图

第2章板球系统数学建模与观测器设计82.1.2“板-球”运动系统数学模型“板-球”系统指只考虑平板与小球，不考虑伺服传动部分的运动系统。建立以平板中心点为原点的三维坐标系，“板-球”系统的运动模型如图2.2所示，其中，以x、y代表小球在水平面两个方向上的位移，、分别为为平板绕其对....

图2.4SRV02直流伺服系统

第2章板球系统数学建模与观测器设计12458xxx与148xxx忽略，将小球近似解耦为两个完全相同的对称的非线性子系统，如式（2.22）与式（2.23）所示。由此，可对根据两个子系统模型分别独立设计控制器，可以确定控制系统的“分布式”控制方案。12221433441(sin)xx....

本文编号：3962430