直線三級倒立擺LQR控制穩定性的PSO-AFSA優化

武俊峰，郭旭飛

(1.黑龍江科技大學 電氣與控制工程學院， 哈爾濱 150022； 2.哈爾濱理工大學 自動化學院， 哈爾濱 150080)

0 引 言

倒立擺控制系統具有典型的快速性、不穩定性、多變性、強耦合性以及高階次等特性[1]。通過倒立擺系統的控制研究可以有效解決譬如非線性、魯棒性、隨動性等問題，探究新型控制理論與智能算法的準確度及其在實踐過程中的可行性，其中穩定性與抗干擾性是評估控制理論與控制方式是否有效的重要指標。作為經典的非線性控制系統，擺桿個數的增加致使倒立擺控制系統相對能控度的降低，直線二級倒立擺系統的相對能控度為0.008 2，而直線三級倒立擺系統的相對能控度則降低至0.004 6，相對能控度系數越小表明倒立擺系統各個變量之間的復雜程度越高，進而導致倒立擺系統越難控制[2]。近年來，眾多學者對直線三級倒立擺控制系統進行了研究，提出了H_∞魯棒控制、遺傳神經網絡控制、CGA優化改進型T-S模糊神經網絡控制、RBF-ARX建模與云推理控制、模糊控制、參數自適應模糊PI控制等控制方法。LQR控制器作為現代控制理論中發展最早且相對更為成熟的狀態空間設計方法，面對不同的控制系統都具備較強的魯棒性以及較好的動態性能[3]。因此，筆者利用LQR控制算法原理對直線三級倒立擺控制系統設計LQR控制器，采用PSO-AFSA算法優化加權系數，通過系統模型仿真驗證PSO-AFSA算法優化參數對于直線三級倒立擺系統動態穩定性以及抗干擾性的提升效果。……