滚轮倒立摆建模与过程控制的研究

来源 :东北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xxxxkeat
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
倒立摆是一种自然不稳定的多变量非线性系统,它描述了航天、机器人领域等抽象系统的模型,倒立摆的研究涉及到力学模型、机械原理、系统参数识别、控制算法等多种学科。就控制来说,包括两个问题:工作平衡点的控制和摆起的控制。采用模糊控制和最优控制等方法已经获得平衡点的控制,但是倒立摆的摆起过程(倒立摆的过渡过程)是复杂的强非线性动力学系统控制问题,控制律的确定要采用数值方法,由于最优控制理论的数值迭代算法难以获得理想的开环控制律,因此确定有效控制律的计算方法是过渡过程控制的关键问题。 目前倒立摆问题的研究有两个大的方向,一个是在平衡点的控制方面朝着多级化的方向发展,已经有成功的四级倒立摆平衡点的控制的例子;二是对摆起问题的研究,着重是在算法与实现等方面。 本课题主要研究了滚轮式倒立摆复杂多变量非线性系统的摆起控制和平衡控制的算法与实现的问题,提出了动态设计变量优化算法的控制律计算方法。 基于拉格朗日方程、达朗贝尔原理,建立了滚轮单级、二级倒立摆非线性系统的微分方程,为摆起和平衡控制非线性系统的动力学特性分析和控制提供了力学模型,并对摆杆的阻尼参数进行参数识别,结合具体实验测试的信息,建立了确定单摆阻尼参数的优化方法。并通过具体的数据获得了精确计算阻尼参数的程序,其研究结果为复杂系统的过程控制和精确分析提供合理的依据。 在分析了几种常见的针对非线性系统的优化控制算法的基础上,提出了摆起开环控制律动态设计变量的优化算法,并对滚轮式单级、二级倒立摆摆起控制律的计算进行了程序的验证和结果的仿真。通过对滚轮单级倒立摆在平衡位置附近的线性化,分析了可控性和可观性,采取了输入的状态全反馈的优化算法,成功的实现了滚轮单级倒立摆系统线性模型和非线性模型的平衡控制。 本文主要以动态设计变量优化算法对滚轮式倒立摆的过渡过程进行研究,通过具体的理论分析、数值模拟和仿真,说明这种算法对于强非线性系统的过程控制是有效的。
其他文献
自从波特兰水泥问世以来,混凝土结构已经成为建设工程中最为常用的建筑形式之一。一百多年来,人们一直在研究对混凝土结构检测的技术,以期掌握混凝土结构在各种复杂环境下内部和
为了弥补大规模集中发电、输电的不足,增加能源供应,保护环境,实现可持续发展,近年来分布式电源DG(Distributed Generation)越来越受到各国的重视。分布式电源系统主要包括燃料电
本文主要是利用《综合安全评估应用指南》的理论框架,对散货船出现的主要事故和事故中人为因素/人为失误对该船带来的风险进行综合研究,按照综合安全评估的5个步骤,对散货船出现
2020年初,一场突如其来的新型冠状病毒感染肺炎(简称:新冠肺炎)疫情使全国餐饮业遭受到前所未有的打击.为响应国家号召,抗击疫情,举国上下采取了居家隔离、延长春节假期等防
期刊
本文对复合材料飞轮的初应力分析和强度设计理论的研究现状进行了综述,指出现有的针对多环过盈装配和预加张紧力缠绕的初应力分析采用过于简化的模型或半弹性工程模型,而且缺
本论文对内流计算的求解方法进行了一系列研究,并通过求解二维可压缩非定常N-S方程及组分扩散方程来数值模拟氧碘激光器中的化学非平衡预混流场.在流场求解技术方面,本文在时
电力系统频率是衡量电能质量的重要指标之一。如果电力系统的频率偏离了额定值,一方面会影响到电力系统和用户设备的安全,同时也影响到电力生产和电力消费的经济性。因此,使电力
结构耗能减振技术是一种结构控制技术,它是通过在结构的适当位置安装耗能减振装置,利用这些装置的耗能来减小结构在强震和大风作用下的振动响应。形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称 SMA) 具有形状记忆效应、超弹性效应和高阻尼特性,利用超弹性效应制成的形状记忆合金超弹性阻尼器就是一种性能优良的耗能减振装置,它可以有效的控制结构的动力响应,在理论上和实用上都是很有价值的。本文在综述了国
频率是电力系统最基本的参数之一,实时、准确的测量和分析出系统信号的频率特性是系统安全、稳定运行的重要保证。针对电力系统信号的特殊性,本文介绍一种能适应非线性、非平稳信号分析的新方法——HHT法在电力系统频率测量中的应用。借助LabVIEW 7.1开发平台,对电力系统稳态时变谐波信号和暂态线路故障高频信号进行仿真分析,分析出复杂、时变信号的特征。端点效应是影响HHT方法频率测量精度的主要原因,利用对
随着当今世界经济和科技的飞速发展,各种大型桥梁如雨后春笋般的拔地而起,同时,在这些桥梁所在航道上行驶的船舶种类和数量也越来越繁多,这就使得桥梁与船舶之间出现越来越大