非線性系統(tǒng)建模和預(yù)測控制在倒立擺穩(wěn)擺控制中的應(yīng)用研究.pdf

1、倒立擺系統(tǒng)是當前控制領(lǐng)域研究的一個熱點，它是一個典型的多變量、非線性、強耦合的絕對不穩(wěn)定系統(tǒng)。對倒立擺系統(tǒng)的研究不僅具有很重要的理論意義，而且在很多實際控制中也有指導(dǎo)性的現(xiàn)實意義，如衛(wèi)星姿態(tài)控制、機器人行走姿態(tài)控制、飛行器姿態(tài)控制等。本文主要研究了基于RBF-ARX模型的非線性系統(tǒng)建模和預(yù)測控制在一級倒立擺系統(tǒng)穩(wěn)擺控制中的問題。
　　 通常，倒立擺系統(tǒng)的建模方法是基于物理模型的，一般做法是通過對倒立擺系統(tǒng)特性的機理分析，得到微分

2、方程，進而建立數(shù)學模型。這樣的方法雖然簡單方便，但有著不可避免的缺點，由于物理參數(shù)難以精確測量，在建模過程中對非線性系統(tǒng)進行了一些簡化和線性化處理，影響了模型的精確性。
　　 為了克服傳統(tǒng)的機理建模方法的缺點，本文采用系統(tǒng)辨識對倒立擺進行建模，選用的模型是RBF-ARX模型。首先介紹了RBF-ARX模型的基本原理，分析了其在描述非線性特性和局部動態(tài)特性方面的優(yōu)越性，以及應(yīng)用于預(yù)測控制的可行性。文中詳細說明了數(shù)據(jù)采集的實驗方案，以

3、及模型參數(shù)的初始化方法、參數(shù)辨識優(yōu)化過程、模型階次的選擇原則，采用SNPOM方法分別對單輸入單輸出系統(tǒng)和單輸入二輸出系統(tǒng)進行模型辨識，并針對辨識出的最佳模型進行檢驗，比較同階次下RBF-ARX模型與ARX模型的建模結(jié)果，驗證了RBF-ARX模型的優(yōu)越性和有效性。
　　 基于系統(tǒng)模型，分別針對單輸入單輸出系統(tǒng)和單輸入二輸出系統(tǒng)設(shè)計了直線一級倒立擺的預(yù)測控制器，在不同的初始條件下，兩種系統(tǒng)的仿真實驗均達到了較好的控制效果，在仿真過程