環(huán)形單級倒立擺系統(tǒng)的優(yōu)化跟蹤控制

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714155

摘要：倒立擺系統(tǒng)是一個(gè)典型的、非線性、不穩(wěn)定的系統(tǒng)，對倒立擺的控制無論是在理論上還是在有深遠(yuǎn)的意義。該論文以固高科技環(huán)形一級倒立擺試驗(yàn)臺裝置為平臺，建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，重點(diǎn)是利用線性二次最優(yōu)控制方法，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的LQR控制器，并對其進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，使倒立擺系統(tǒng)擺桿擺起并在水平位置附近以較小的角度擺動，同時(shí)使連桿在垂直向上的位置保持穩(wěn)定，然后將控制過程在MATLAB軟件上進(jìn)行仿真，并通過實(shí)驗(yàn)實(shí)時(shí)控制環(huán)形倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文提出的控制方法的正確性和可行性。

關(guān)鍵詞：倒立擺；非線性；LQR控制器

五、結(jié)論

本文研究實(shí)現(xiàn)了利用LQR控制器并對其進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對環(huán)形單級倒立擺的穩(wěn)定控制，并且在實(shí)驗(yàn)室利用固高科技環(huán)形一級倒立擺的硬件通過實(shí)時(shí)控制實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了對其的優(yōu)化跟蹤控制。在LQR控制器優(yōu)化的過程中，分別優(yōu)化了Q矩陣中的兩個(gè)參數(shù)和四個(gè)參數(shù)，通過對比階躍響應(yīng)曲線可以看出，優(yōu)化四個(gè)參數(shù)的控制效果比優(yōu)化兩個(gè)參數(shù)的效果要好的多，最終選擇了優(yōu)化四個(gè)參數(shù)的Q矩陣，進(jìn)一步得到優(yōu)化后的LQR控制器的參數(shù)K1，K2，K3，K4，并把其代入實(shí)時(shí)控制實(shí)驗(yàn)中的LQR模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了控制方法的可行性。

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作者簡介：胡象輝（1991），男，漢族，河南人，天津科技大學(xué)研究生在讀，研究方向：檢測技術(shù)及系統(tǒng)。