單級(jí)倒立擺的起擺與穩(wěn)定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

13299字 40頁(yè) 原創(chuàng)作品，已通過(guò)查重系統(tǒng)



摘 要

倒立擺是機(jī)器人技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制以及控制理論多個(gè)領(lǐng)域、幾種技術(shù)有機(jī)的結(jié)合，其被控系統(tǒng)本身又是一個(gè)多變量、高階次、絕對(duì)不穩(wěn)定、強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，可以當(dāng)作一個(gè)典型的控制對(duì)象進(jìn)行研究。
倒立擺的起擺控制問(wèn)題因?yàn)檩斎?、輸出關(guān)系的非線性特點(diǎn)許多經(jīng)典的線性控制理論都不適用，而現(xiàn)今研究出來(lái)比較成功的起擺方法有擬人控制起擺、能量控制起擺等。實(shí)驗(yàn)室中普遍應(yīng)用固高公司的倒立擺器件，固高實(shí)控系統(tǒng)中倒立擺起擺算法為能量起擺，該算法中能量初始數(shù)值的設(shè)定以及實(shí)時(shí)更新、起擺與穩(wěn)擺之間切換條件的設(shè)置都可以影響倒立擺的起擺是否成功以及穩(wěn)擺階段系統(tǒng)的性能，研究發(fā)現(xiàn)，該算法中存在部分問(wèn)題從而導(dǎo)致倒立擺系統(tǒng)擺桿起擺失敗。本文是針對(duì)固高能量起擺控制方法中出現(xiàn)的偶爾撞墻現(xiàn)象以及起擺不成功的問(wèn)題的，提出一種修改算法，對(duì)固高的起擺算法進(jìn)行優(yōu)化，并實(shí)現(xiàn)了單級(jí)倒立擺系統(tǒng)的快速起擺。討論了切換條件對(duì)倒立擺起擺的影響，在經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，算出切換條件的閾值，研究出當(dāng)擺桿角度超過(guò)該范圍時(shí)，倒立擺無(wú)法通過(guò)切換裝置達(dá)到穩(wěn)擺階段。并最終給定一個(gè)合適的切換數(shù)值，使倒立擺從起擺階段到平穩(wěn)切換到穩(wěn)擺階段并實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定。


關(guān)鍵詞：?jiǎn)渭?jí)倒立擺；能量控制；起擺；優(yōu)化算法；LQR；切換條件