時間:2016-10-27 17:22:23來源:張建福
引言
倒立擺系統(tǒng)是非線性、強(qiáng)耦合、多變量和自然不穩(wěn)定的系統(tǒng)。在控制過程中,它能有效地反應(yīng)控制理論中諸如系統(tǒng)穩(wěn)定性、可控性、魯棒性、系統(tǒng)收斂速度、隨動性以及跟蹤等問題,是檢驗(yàn)各種控制理論的理想模型。線性二次型最優(yōu)控制(LinearQuadraticRegulator-LQR)問題在現(xiàn)代控制理論中占有非常重要的位置,其優(yōu)勢在于控制方案簡單,超調(diào)量小,且反應(yīng)速度快,該方法不僅對單級倒立擺系統(tǒng)能夠進(jìn)行有效控制,且已經(jīng)成功的應(yīng)用于直線雙倒立擺和雙足機(jī)器人的控制。
本文針對單級倒立擺系統(tǒng),完成了具體的系統(tǒng)建模及LQR控制的MATLAB仿真,通過增加系統(tǒng)自身的擾動及改變LQR控制器中加權(quán)陣R,對比仿真,得到了良好的控制效果。
1、單級倒立擺建模
2、倒立擺系統(tǒng)能控性分析
3、單級倒立擺系統(tǒng)LQR控制
4、MATLAB環(huán)境下的單級倒立擺系統(tǒng)LQR控制仿真
5、加權(quán)矩陣對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響
對比仿真結(jié)果可以看出,調(diào)整時間與超調(diào)量減小,上升時間與穩(wěn)態(tài)誤差減小。但是系統(tǒng)穩(wěn)定性很差,時控過程噪聲很大。
6、結(jié)束語
本文針對倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,采用最優(yōu)控制中的LQR控制方法,對系統(tǒng)進(jìn)行局部的線性化,通過仿真實(shí)驗(yàn)得到該方法作用于倒立擺系統(tǒng)是可行且有效的,同時分析了加權(quán)矩陣Q和R對系統(tǒng)性能指標(biāo)的影響。
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