滑模變結(jié)構(gòu)的倒立擺系統(tǒng)魯棒控制

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摘 要

利用滑模變結(jié)構(gòu)控制對(duì)一級(jí)倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行了有效控制。首先對(duì)一級(jí)倒立擺系統(tǒng)的模型進(jìn)行線性化處理，再利用滑模變結(jié)構(gòu)控制方法對(duì)此模型中擺的鎮(zhèn)定、臺(tái)車位置的調(diào)節(jié)和系統(tǒng)參數(shù)不確定性設(shè)計(jì)了具體的控制規(guī)律，并使用飽和函數(shù)的方法抑制系統(tǒng)的抖振。通過(guò)選擇合適的滑模切換函數(shù)，使系統(tǒng)的軌線一開始便落在滑模面上，有效地縮短了系統(tǒng)狀態(tài)到達(dá)滑動(dòng)模態(tài)的時(shí)間，使系統(tǒng)從初始狀態(tài)到平衡點(diǎn)的全過(guò)程都具有魯棒性。針對(duì)利用趨近律方法設(shè)計(jì)全程滑模變結(jié)構(gòu)控制器系統(tǒng)存在抖振的缺點(diǎn)，本文利用常規(guī)等效控制方法設(shè)計(jì)滑模變結(jié)構(gòu)控制器，消除了系統(tǒng)的抖振，改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。最后基于倒立擺模型在Matlab/Simulink上進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明滑模變結(jié)構(gòu)控制方法是有效的。

關(guān)鍵詞　倒立擺系統(tǒng)；變結(jié)構(gòu)控制；滑?？刂疲欢墩?br>

Abstract

The sliding mode control strategy is employed to realize the stable control of the inverted pendulum system. After linearizing the inverted pendulum model, detailed control roles were designed for the stable control of the pendulum ，adjusting the cart displacement and the robust control of the system based on sliding mod e control method. The system’s chattering was then solved by using saturation function method. This approach guarantees that the trajectory of the system arrives at the switching surface at the very beginning，and it can efficiently shorten.....


目 錄

摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 課題背景 1
1.2 倒立擺的理論基礎(chǔ) 1
1.3 倒立擺研究現(xiàn)狀 3
1.4 倒立擺研究的意義 4
1.5 滑模變結(jié)構(gòu)理論在倒立擺中的應(yīng)用 5
1.6 本章小結(jié) 6
第2章 倒立擺模型建立 7
2.1 倒立擺系統(tǒng)描述 7
2.2 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程 8
2.3 不確定性 11
2.4 倒立擺狀態(tài)空間模型建立 12
2.5 本章小結(jié) 14
第3章 基礎(chǔ)理論知識(shí) 15
3.1 結(jié)構(gòu)和滑動(dòng)模態(tài)的定義 15
3.2 滑動(dòng)模態(tài)及其數(shù)學(xué)表達(dá)式 15
3.3 等效控制及滑模運(yùn)動(dòng) 17
3.4 滑模變結(jié)構(gòu)控制的基本問(wèn)題 20
3.4.1 變結(jié)構(gòu)控制的基本理論 20
3.4.2 滑動(dòng)模態(tài)的存在可達(dá)性及廣義滑模 21
3.4.3 滑模運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性 22
3.4.4 滑模變結(jié)構(gòu)控制的動(dòng)態(tài)品質(zhì) 23
3.5 李亞普諾夫穩(wěn)定性理論 25
3.6 本章小結(jié) 26
第4章 控制器的設(shè)計(jì) 27
4.1 切換函數(shù)的設(shè)計(jì) 27
4.2 控制規(guī)律的設(shè)計(jì) 28
4.3 系統(tǒng)抖振的抑制 30
4.3.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的“抖振”問(wèn)題 30
4.3.2 系統(tǒng)抖振的抑制方法 31
4.4 本章小結(jié) 32
第5章 matlab仿真及結(jié)果 33
5.1 仿真知識(shí) 33
5.2 計(jì)算機(jī)仿真(SIMULATIONS) 34
5.2.1 物理參數(shù) 34
5.2.2 仿真研究 35
5.2.3 仿真結(jié)果與分析 36
5.3 本章小結(jié) 52
結(jié) 論 53
參考文獻(xiàn) 55
附錄1 57
附錄2 61
致謝 85


部分參考文獻(xiàn)

4 張葛祥，李眾立，畢效輝.倒立擺與自動(dòng)控制技術(shù)研究. 西南工學(xué)院學(xué)報(bào),2001.9,16(3):12-16
5 姚利娜，王宏，周靖林，岳紅.倒立擺系統(tǒng)得變結(jié)構(gòu)控制方案.控制理論與應(yīng)用,2004.10，21（5）：724-727
6 Lu Y S and Chen J S．Design of a global sliding mode controller for mortor drive witll bounded control[J]．INT．J．Contr，995,62(5)：1001—1019
7 GAO W B, HUNG J C. Variable structure control of nonlinear system. A new approach[J] IEEE Trans on Ind Electronics,1993,40(1):45-55
8 肖雁鴻，葛召炎，周靖林,彭永進(jìn).全滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng).電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2002,6(3):233-236