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《五邑大学》 2010年
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平面倒立摆系统的智能控制及虚拟样机研究

刘锡林  
【摘要】:随着科学技术的发展,被控对象日趋复杂,对控制性能的要求不断提高。以线性代数、最优化方法等严谨的数学工具为代表的现代控制理论虽然能解决比经典控制理论复杂很多的系统,但仍然不能满足当代技术的需要,因此需要引入新的控制策略。随着人工智能领域的逐渐发展,智能控制在解决复杂被控对象的控制问题中越来越显示出其优越性,并在实际应用中显示出很强的生命力。而随着智能控制的兴起,各种智能控制算法亦不断涌现和发展,对各种智能控制算法的研究是当前智能控制领域研究的重点内容。 倒立摆系统是一种典型的高阶次、多变量、强耦合且绝对不稳定的非线性系统,其控制过程能有效反映控制中的许多关键问题,如镇定性问题、非线性问题和鲁棒性问题等。因此,倒立摆系统常用来检验控制理论的有效性,其研究过程不仅具有意义深远的理论价值,又具有重要的工程背景和实际意义。本文以基于XY数控平台的平面一级、二级及三级倒立摆为研究对象,对它们的数学模型、智能控制方法及虚拟样机控制进行了研究。归纳起来,本文所做的主要工作有: 1.系统模型的研究:运用拉格朗日方程法,成功地建立起平面一级、二级及三级倒立摆的动力学方程,通过将其在平衡位置进行泰勒级数展开并线性化,得到了各系统在XY两个正交方向解耦的线性化模型,并依据它们的模型分析了各系统的稳定性和能控性。 2.控制方法的研究:以平面一级、二级倒立摆实物系统为平台,设计它们的线性二次型最优控制器和自适应神经模糊控制器,并成功地实现了它们的实物控制;以遗传算法理论为基础,首次提出遗传优化控制的概念,介绍了三种遗传优化控制的实现方法,并成功地将其应用于平面一级、二级倒立摆的实物控制。 3.虚拟样机的研究:以平面三级倒立摆为研究对象,利用ADAMS软件建立起其虚拟样机模型,并利用ADAMS与MATLAB联合仿真平台成功实现了平面三级倒立摆的虚拟样机控制仿真。
【学位授予单位】:五邑大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP273.5

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