滑模變結構的倒立擺系統(tǒng)魯棒控制

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摘 要

利用滑模變結構控制對一級倒立擺系統(tǒng)進行了有效控制。首先對一級倒立擺系統(tǒng)的模型進行線性化處理，再利用滑模變結構控制方法對此模型中擺的鎮(zhèn)定、臺車位置的調節(jié)和系統(tǒng)參數(shù)不確定性設計了具體的控制規(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)到達滑動模態(tài)的時間，使系統(tǒng)從初始狀態(tài)到平衡點的全過程都具有魯棒性。針對利用趨近律方法設計全程滑模變結構控制器系統(tǒng)存在抖振的缺點，本文利用常規(guī)等效控制方法設計滑模變結構控制器，消除了系統(tǒng)的抖振，改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能。最后基于倒立擺模型在Matlab/Simulink上進行了仿真實驗，實驗結果說明滑模變結構控制方法是有效的。

關鍵詞　倒立擺系統(tǒng)；變結構控制；滑?？刂?；抖振


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 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 滑模變結構理論在倒立擺中的應用 5
1.6 本章小結 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)的運動方程 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 14
第3章 基礎理論知識 15
3.1 結構和滑動模態(tài)的定義 15
3.2 滑動模態(tài)及其數(shù)學表達式 15
3.3 等效控制及滑模運動 17
3.4 滑模變結構控制的基本問題 20
3.4.1 變結構控制的基本理論 20
3.4.2 滑動模態(tài)的存在可達性及廣義滑模 21
3.4.3 滑模運動的穩(wěn)定性 22
3.4.4 滑模變結構控制的動態(tài)品質 23
3.5 李亞普諾夫穩(wěn)定性理論 25
3.6 本章小結 26
第4章 控制器的設計 27
4.1 切換函數(shù)的設計 27
4.2 控制規(guī)律的設計 28
4.3 系統(tǒng)抖振的抑制 30
4.3.1 滑模變結構控制系統(tǒng)的“抖振”問題 30
4.3.2 系統(tǒng)抖振的抑制方法 31
4.4 本章小結 32
第5章 matlab仿真及結果 33
5.1 仿真知識 33
5.2 計算機仿真(SIMULATIONS) 34
5.2.1 物理參數(shù) 34
5.2.2 仿真研究 35
5.2.3 仿真結果與分析 36
5.3 本章小結 52
結 論 53
參考文獻 55
附錄1 57
附錄2 61
致謝 85


部分參考文獻

4 張葛祥，李眾立，畢效輝.倒立擺與自動控制技術研究. 西南工學院學報,2001.9,16(3):12-16
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