倒立摆系统的稳定控制

论文摘要

倒立摆系统是一非线性、强耦合、多变量和自然不稳定的系统。通过它能有效地反映控制过程中诸如可镇定性、鲁棒性、随动性以及跟踪等多种关键问题,是检验各种控制理论的理想模型。对其的稳定控制是控制界一个极具挑战性的难题。本文建立了一级、二级和三级倒立摆的数学模型,分析了系统的能控性和能观测性。根据理论分析,提出了用线性二次行最优控制理论建立系统控制的方案,并设计了二级倒立摆系统控制器。通过对硬件在回路仿真技术的研究,利用MATLAB RTW实时工具箱构建了倒立摆系统实时控制平台,实现了二级倒立摆的稳定控制并对结果做了必要的分析。该平台可以用于倒立摆其它控制算法的研究,具有良好的通用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 倒立摆系统简介
• 1.2 倒立摆系统研究的科学意义和应用前景
• 1.3 国内外的研究现状
• 1.4 课题任务
• 第二章 倒立摆系统构成
• 2.1 倒立摆系统原理
• 2.2 倒立摆系统的部件选择
• 第三章 倒立摆系统建模与分析
• 3.1 一级倒立摆建模
• 3.2 二级倒立摆建模
• 3.3 三级倒立摆建模
• 3.4 倒立摆系统的定性分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 线性二次型最优控制理论
• 4.1 线性二次型最优控制
• 4.2 矩阵黎卡提方程的求解
• 4.3 本章小结
• 第五章 倒立摆系统的仿真与控制器设计
• 5.1 SIMULINK 技术特点
• 5.2 二级倒立摆最优控制器的设计
• 5.3 三级倒立摆最优控制器的设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 倒立摆系统的实时控制
• 6.1 系统实现方案
• 6.2 二级摆实时控制系统设计
• 6.3 三级摆实时控制系统设计
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献