空间多级倒立摆非线性控制方法研究
本文以实现空间四级倒立摆实物系统稳定控制为核心,针对多级倒立摆的控制方法及其硬件结构的优化进行了研究.首先,建立了空间n级倒立摆的数学模型,提出了变增益LQR控制方法,讨论了滤除倒立摆系统中白噪声的控制方法；其次,基于变增益LQR控制方法完成了导轨受限情况下二级倒立摆逐级摆起控制仿真实验及实物实验；第三,对三级倒立摆的自动摆起问题在理论上进行了探讨,完成了三级倒立摆的自动摆起控制仿真实验；最后,对空间四级倒立摆控制系统进行了定性分析,设计了空间四级倒立摆系统的硬件结构并进行了优化,实现了世界上首例空间四级倒摆实物控制.本文主要内容如下：1.采用Lagrange方法,分别建立了空间一、二、三级倒立摆的数学模型,并给出了n级空问倒立摆系统的数学模型的统一表达式；通过对空间四级倒立摆系统建模,验证了n级空间倒立摆系统的数学模型统一表达式的正确性.2.针对一类自治非线性控制系统,提出了变增益LQR控制方法,并成功应用于多级倒立摆的实物控制系统.该方法是一种基于状态的增益调度反馈控制方法,其主要特点是在控制过程中,实时计算非线性控制系统的雅可比矩阵,实时求解代数 ...