单级倒立摆控制方法研究

2012年03月07日16:17:56 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

关键字：半导体

桑英军,范媛媛，徐才千
淮阴工学院电子与电气工程学院，江苏淮安

东南大学电气工程学院，江苏南京

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春

摘　　　要：倒立摆系统是一非线性、强耦合、多变量和自然不稳定的系统，以其自身的不稳定性而难以控制，也因此成为自动控制实验中验证控制策略优劣的极好的实验装置。针对直线单级倒立摆系统的平衡控制问题，对其进行数学建模并进行了能控性分析，采用ＰＩＤ，ＬＱＲ，模糊变结构３种不同的控制方法，并在Ｍａｔｌａｂ环境下进行仿真，控制效果的实验对比证明了３种方案对系统平衡控制的有效性，同时也展示了它们的控制品质和特性。ＰＩＤ控制结构简单易于实现，ＬＱＲ控制较ＰＩＤ控制超调量小，调节时间短，且稳定性优于ＰＩＤ控制器，模糊变结构控制器具有较优的鲁棒性及瞬态特性，系统受到参数摄动和外干扰时具有不变性，超调较小。３种控制策略仿真的对比结果对该方向的研究具有理论指导意义。

关　键　词：单级倒立摆；ＰＩＤ；ＬＱＲ；模糊变结构

１　引　言
单级倒立摆系统（ＳｉｎｇｌｅＩｎｖｅｒｔｅｄＰｅｎｄｕｌｕｍＳｙｓｔｅｍ）是一个典型多变量、不稳定和强耦合的非线性系统，倒立摆控制理论产生的方法和技术将在半导体及精密仪器加工、机器人技术、伺服控制领域、导弹拦截控制系统、航空器对接控制技术等方面具有广阔的开发利用前景。本文针对倒立摆系统的平衡控制问题，首先介绍了单级摆的数学模型，设计并实现了几种控制方法，基于经典控制理论的常规ＰＩＤ控制，基于较优控制理论的线性二次状态调节器（ＬＱＲ）以及模糊变结构控制，同时根据实际的倒立摆系统进行了仿真试验，对所获得的控制结果进行了对比研究，充分展示了几种控制方法的特点、性能以及证实了各种方法的有效性。

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