基于遗传算法优化的倒立摆lqr控制系统设计.doc

基于遗传算法优化的倒立摆LQR控制系统设计

1.18万字 36页 原创作品，已通过查重系统


摘 要

倒立摆是一个典型的控制理论研究实验平台。由于倒立摆控制系统是一个复杂、不稳定的非线性系统，所以许多现代控制理论的研究人员试图通过倒立摆来检验新的控制方法是否有效，由此研究产生的方法和技术在导弹拦截控制系统、人工智能和一般工业应用等多个方面均有着广泛的应用。
本文主要讨论了直线一阶倒立摆系统的建模、LQR控制器设计、基于遗传算法的LQR控制器优化，并进行一系列simulink仿真以及固高科技倒立摆装置的实时控制分析。首先，运用牛顿-欧拉方法对直线一级倒立摆建立数学模型，以小车的位移、速度、摆杆与竖直向上的偏角、摆角变化速度作为四个状态变量，从而得到倒立摆的状态空间表达式。然后，在倒立摆系统数学模型的基础上，对被控系统运用LQR最优控制进行控制器设计，通过对系统状态向量进行控制以实现摆杆竖直向上的垂直稳定。最后，由于LQR最优控制中Q和R矩阵的选择很大程度上都依赖于经验，需要不断的试凑才能得到满意的效果，本文尝试应用遗传算法对Q和R的选取进行优化，给出了优化算法的具体实现步骤，结果表明遗传算法优化得到的控制器有着令人满意的控制效果，并且极大的缩短了寻找合适Q和R矩阵的时间。


关键词：倒立摆；LQR；遗传算法；MATLAB仿真；实时控制