基于偏差函數(shù)的倒立擺起擺策略研究.pdf

1、倒立擺系統(tǒng)作為一個(gè)復(fù)雜、不穩(wěn)定的非線性系統(tǒng)，在控制理論與控制算法的驗(yàn)證方面起著重要作用。倒立擺系統(tǒng)的研究方法與思想也被廣泛用于雙足機(jī)器人行走的平衡控制、多級(jí)火箭發(fā)射控制及衛(wèi)星姿態(tài)控制等多個(gè)重要研究方向。倒立擺系統(tǒng)以其成本低、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、參數(shù)易于調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)，一直吸引著人們的關(guān)注和研究。如何快速實(shí)現(xiàn)倒立擺的起擺，并在較大角度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)倒立擺的穩(wěn)擺是一個(gè)重要的控制問(wèn)題。本論文提出了一種基于偏差函數(shù)的起擺策略，依次分別對(duì)一級(jí)倒立擺和二級(jí)倒立擺

2、進(jìn)行起擺控制。本文的主要工作如下:
　　(1)建立了倒立擺系統(tǒng)的非線性數(shù)學(xué)模型，在平衡點(diǎn)附近進(jìn)行了處理，使其在局部可以當(dāng)做一個(gè)線性模型來(lái)求解。并分析了倒立擺系統(tǒng)在平衡點(diǎn)處的能控性、能觀測(cè)性和穩(wěn)定性。
　　(2)針對(duì)一級(jí)倒立擺系統(tǒng)，設(shè)計(jì)并仿真實(shí)現(xiàn)了基于偏差函數(shù)的起擺控制策略。通過(guò)引入一個(gè)與角度相關(guān)的偏差函數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)控制量，其優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)擺桿處于自然下垂?fàn)顟B(tài)時(shí)施加的控制量比較大，易于實(shí)現(xiàn)快速起擺，也便于調(diào)節(jié)控制參數(shù)。在滿足設(shè)定條件時(shí)

3、，誤差反饋函數(shù)可以設(shè)計(jì)成多種形式。與能量控制、模糊控制、棒棒控制等常用的起擺控制方法相比，基于誤差反饋的方法能在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)起擺。在選取同樣的反饋函數(shù)并設(shè)定相同初始控制量的情況下，對(duì)不同長(zhǎng)度擺桿的倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行了起擺控制仿真。結(jié)果顯示擺桿能夠在短時(shí)間內(nèi)被甩到豎直向上的平衡位置，這說(shuō)明基于誤差反饋的控制策略具有魯棒性。
　　(3)將所提出的誤差反饋方法應(yīng)用于二級(jí)倒立擺的起擺控制器設(shè)計(jì)。首先，采用逐級(jí)起擺方式，根據(jù)擺桿起擺的過(guò)程，