推导出微分方程,以及线性化后的状态方程,分析了倒立摆系统的能控性、能观性及相对能控度,为后续工作奠定了基础。Р(2)基于线性二次型(LQR)最优控制理论分别设计二级倒立摆的控制器。Р(3)基于极点配置状态反馈法设计它的控制器并进行控制。Р(4)基于模糊控制理论,根据信息融合技术,应用一种组合变量的模糊控制方法对倒立摆系统进行控制,解决了“模糊规则爆炸”问题,简化模糊控制器的设计。Р(5)在Matlab/Simulink环境中对二级倒立摆采用以上所提及控制方法分别进行仿真研究,验证算法的有效性和可行性。Р2二级倒立摆的建模分析Р2.1二级倒立摆的工作原理Р2.1.1结构和工作原理Р二级倒立摆系统的结构如图2-1所示,它由倒立摆、控制计算机及接口电路组成。其中,计算机用于存储相应控制程序,是实施控制的中枢环节。而接口电路包括检测电路、微分电路和功率放大电路三部分,分别用来实现各反馈信号的采集、微分信号的获取以及D/A输出信号的功率放大等功能。Р计算机Р数据采集器РD/AРA/DР功率放大Р执行电机Р微分Р 电路Р检测Р电路Р二级倒立摆Р图2-1 二级倒立摆系统结构框图Р二级倒立摆由小车、摆杆、水平导轨等组成,其结构图如图2-2所示。小车由伺服电机、皮带轮、传送带带动在水平导轨上左右运动,上下摆可以绕各自的转轴在水平导轨所在的铅垂面内自由转动。小车和上下摆杆之间通过轴承连接,每个轴承连接处固定有电位器,分别用以检测两根摆杆与铅垂线的角度偏移。小车相对轨道中心点的偏移位置也由固定在皮带轮轴上的电位器来检测。Р其基本原理为:角度、位置信号经检测电路获取后,由微分电路得到相应的微分信号,这些信号经A/D转换为数字信号进入计算机。通过设计好的控制程序计算出控制力所需要电压值,经过D/A转换为模拟信号,经功率放大后驱动电机运转。电机再用皮带拖动小车在导轨上往复运动来实现对倒立摆的有效控制。
全文预览
