本文在MATLAB 环境下建立了二级倒立摆的半物理实时仿真模型,并应用线性二次型最优控制策略,设计了一个二级倒立摆LQR 控制器。在实验中,运行该半实物仿真模型,成功的使倒立摆稳定地平衡在“倒立”状态。倒立摆系统是一个典型的高阶次、多变量、严重不稳定和强耦合的非线性系统。该系统的特点与火箭飞行以及两足机器人行走具有很大的相似性,因而对其研究具有重大的理论和实践意义。在控制过程中,它能有效地反映诸如可整定性、鲁棒性、随动性以及跟踪等许多控制中的关键问题,是检验各种理论的理想平台。而MATLAB 的应用一般多停留在数学仿真阶段,在应用线性系统理论设计控制器时,需要建立较精确的数学模型,而目前建模方法有很大局限性,由于现实世界中存在的大量的不确定因素,所以难以对其精确描述。本文中的直线型二级倒立摆采用的是固高公司的 GT400SV 系列产品。GT-400-SV 是一个复杂灵活的运动控制器,用户能够通过硬件设置和软件编程,构成满足自身应用需要的控制系统。本文在MATLAB 环境下设计出它的半物理实时仿真模型,并成功实现了对倒立摆的控制。
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