单级倒立摆的起摆与稳定控制系统设计.doc

单级倒立摆的起摆与稳定控制系统设计

13299字 40页 原创作品，已通过查重系统



摘 要

倒立摆是机器人技术、计算机控制以及控制理论多个领域、几种技术有机的结合，其被控系统本身又是一个多变量、高阶次、绝对不稳定、强耦合的非线性系统，可以当作一个典型的控制对象进行研究。
倒立摆的起摆控制问题因为输入、输出关系的非线性特点许多经典的线性控制理论都不适用，而现今研究出来比较成功的起摆方法有拟人控制起摆、能量控制起摆等。实验室中普遍应用固高公司的倒立摆器件，固高实控系统中倒立摆起摆算法为能量起摆，该算法中能量初始数值的设定以及实时更新、起摆与稳摆之间切换条件的设置都可以影响倒立摆的起摆是否成功以及稳摆阶段系统的性能，研究发现，该算法中存在部分问题从而导致倒立摆系统摆杆起摆失败。本文是针对固高能量起摆控制方法中出现的偶尔撞墙现象以及起摆不成功的问题的，提出一种修改算法，对固高的起摆算法进行优化，并实现了单级倒立摆系统的快速起摆。讨论了切换条件对倒立摆起摆的影响，在经过大量实验，算出切换条件的阈值，研究出当摆杆角度超过该范围时，倒立摆无法通过切换装置达到稳摆阶段。并最终给定一个合适的切换数值，使倒立摆从起摆阶段到平稳切换到稳摆阶段并实现快速稳定。


关键词：单级倒立摆；能量控制；起摆；优化算法；LQR；切换条件