不穩(wěn)定對(duì)象的控制方法研究及在倒立擺中的應(yīng)用.pdf

1、在現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域中，我們所接觸的被控對(duì)象大多數(shù)都是穩(wěn)定的，其實(shí)不穩(wěn)定對(duì)象也是普遍存在的。穩(wěn)定對(duì)象的控制策略較為容易，選擇合適的控制方法即可達(dá)到較好的控制效果。而與穩(wěn)定對(duì)象相比，不穩(wěn)定對(duì)象的特性則比較復(fù)雜，由于它復(fù)平面的右半平面既包含極點(diǎn)又包含了零點(diǎn)，不僅使系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)鎮(zhèn)定，而且對(duì)系統(tǒng)的一些性能也造成了很大的限制，大多情況下無(wú)法對(duì)系統(tǒng)的控制進(jìn)行直接設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)分析與研究的問題上帶來(lái)了很大的問題，所以不穩(wěn)定對(duì)象的控制難度也較大，因此要選擇

2、合適又有效的控制方法才可以達(dá)到較好的控制效果。我們大家所熟知的一個(gè)經(jīng)典的不穩(wěn)定對(duì)象的實(shí)例，就是倒立擺系統(tǒng)。倒立擺系統(tǒng)本身就是絕對(duì)不穩(wěn)定的，同時(shí)它還具有強(qiáng)耦合性、非線性、多變量以及高階次等特性。近年來(lái)，倒立擺系統(tǒng)作為控制理論研究中的一種比較理想的實(shí)驗(yàn)裝置，一直是研究學(xué)者廣泛應(yīng)用的，所以本次課題選擇二級(jí)倒立擺系統(tǒng)作為控制的對(duì)象，由此來(lái)研究不穩(wěn)定對(duì)象的特性。
　　 因?yàn)槎?jí)倒立擺系統(tǒng)本身固有的這種復(fù)雜特性，采用常規(guī)的控制器很難對(duì)其進(jìn)行

3、很好的控制，控制效果也并不理想。所以，我們將引入抗干擾能力強(qiáng)、魯棒性較好的適合于控制高階非線性系統(tǒng)的自抗擾控制器。自抗擾控制器主要由跟蹤微分器、擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器和非線性狀態(tài)誤差反饋控制律等三部分組成。跟蹤微分器的作用是安排過(guò)渡過(guò)程，給出合理的控制信號(hào)，解決了響應(yīng)速度與超調(diào)性之間的矛盾。擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器用來(lái)解決模型未知部分和外部未知擾動(dòng)綜合對(duì)控制對(duì)象的影響，然后給出控制量補(bǔ)償這些擾動(dòng)。非線性誤差反饋控制律則給出了被控對(duì)象的控制策略。所以自抗擾

4、控制器具有很好的實(shí)時(shí)估計(jì)擾動(dòng)及補(bǔ)償?shù)墓δ堋?br>　　 模糊控制技術(shù)，不僅不需要建立精確的數(shù)學(xué)模型，而且魯棒性較強(qiáng)、尤其適用于非線性、時(shí)變時(shí)滯性系統(tǒng)。所以本次課題將模糊控制技術(shù)和自抗擾控制技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出模糊自抗擾控制器，再設(shè)計(jì)出常規(guī)PID控制器以及自抗擾控制器，通過(guò)三種控制器分別對(duì)二級(jí)倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行控制，并在MATLAB里進(jìn)行仿真，從而比較三種控制器的控制特性，來(lái)得到較好的控制策略。從仿真結(jié)果可以看出，采用模糊自抗擾控制器得到的控