基于廣義通用模型控制器的倒立擺串級控制系統設計

郭丙君

【摘 要】在保證倒立擺擺桿不倒的條件下，使小車位置可控，應用串級控制設計方法，首先推導出相應的模型，應用廣義通用模型控制器的設計方法對于內環及外環進行設計，將被控對象的模型嵌入到控制器中，應用主導極點的思想對于控制器參數進行選擇，仿真結果驗證了控制系統具有良好的性能。

【關鍵詞】倒立擺；控制系統

0 前言

倒立擺是一種典型的快速、多變量、非線性、 絕對不穩定系統。人們試圖尋找不同的控制方法以實現對倒立擺的控制，以便檢驗或說明該方法對嚴重非線性和絕對不穩定系統的控制能力。

目前，已經報道了多種先進的控制方案如最優控制、自適應控制、智能控制等在倒立擺平臺上成功應用[1]。但是比較少有報道在保證倒立擺擺桿不倒的條件下，使小車位置可控。

3 仿真實驗

根據上節設計的控制器參數及被控對象的模型，在MATLAB/SIMULINK中進行了仿真實驗，仿真實驗結果如圖3所示。圖3可以看出系統大約在10s就穩定了，小車位置就穩定在0，控制效果良好。

4 結論

通過應用雙閉環控制系統的設計方法對一級倒立擺系統進行控制，在保證倒立擺擺桿不倒的條件下，使小車位置可控的，分別應用廣義通用模型控制器對內環和外環控制器進行設計，仿真結果表明該控制方案可以達到良好的控制效果。

【參考文獻】

[1]朱文凱，袁桂嫦，朱學峰.倒立擺的 PID 與 LQR 控制算法的對比研究[J].廣東自動化與信息工程，2006（2）.

[2]固高科技有限公司.倒立擺與自動控制原理實驗[M].深圳：固高科技有限公司，2005.

[3]楊平，徐春梅，曾婧婧，蔣式勤，彭道剛.PID控制在倒立擺實時控制系統中的應用[J].計算機信息（測控自動化），2006，22（7-1）：83-85.

[4]Bingjun Guo， Jinshou Yu， Generalized Common Model Control[J].Can. J. of Chemical Engineering，2005，6，83（3）：599-602.