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基于Backstepping和MATLAB_Simulink的直线型一级倒立摆系统的控制器设计与实时控制研究 基于Backstepping和MATLAB_Simulink的直线型一级倒立摆系统的控制器设计与实时控制研究 基于Backstepping和MATLAB_Simulink的直线型一级倒立摆系统的控制器设计与实时控制研究 基于Backstepping和MATLAB_Simulink的直线型一级倒立摆系统的控制器设计与实时控制研究 基于Backstepping和MATLAB_Simulink的直线型一级倒立摆系统的控制器设计与实时控制研究 基于Backstepping和MATLAB_Simulink的直线型一级倒立摆系统的控制器设计与实时控制研究 基于Backstepping和MATLAB_Simulink的直线型一级倒立摆系统的控制器设计与实时控制研究 基于Backstepping和MATLAB_Simulink的直线型一级倒立摆系统的控制器设计与实时控制研究 基于Backstepping和MATLAB_Simulink的直线型一级倒立摆系统的控制器设计与实时控制研究 .....
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浙江 业大学中职教师硕 卜学位 论 文
基 于 和 的直 线 型
一级倒立摆系统 的控制器设计 与实时控制研 究
摘
任石
丈
倒立摆 系统作 为一个 具有绝对不稳 定 、高阶次 、多变量 、强祸合
的典型的非线性系统 是检验新的控制理论和方法 的理想模 型 所 以
本文选择倒立摆 系统作 为研 究对象具有重要 的理论意义和应用价值 。
相对于其他研 究倒立摆系统的控制方法 方法最大 的优 点
是不必对’系统进行线性化 可 以直接对系统进行递推性 的控制器设计
保 留了被控对象 中有用 的非线性项 使得控制设计更接近 实际情况
而且所设计 的控 制器 具有很强 的鲁棒性 。
本文主要利用 方法设计 了直线型一级倒立摆系统控
制器并基于 对系统进行 了离线仿真和 实时控制研
究 。本文所 作 的主要工作或要达 到 的主要 目的是
一 建立直线 型一 级倒 立摆系统 的数 学模 型 井利用
方法设计 了该倒立摆系统 的控制器 然后对 闭环系统进行 了数值仿
真并与其他方法进行 了数值仿真分析 比较 。与 当前 的倒 立摆研 究成果
相 比具有研 究方法 新颖 、控制效果好 的特 点。
二 本文利用所 设计 的非线性控制器在 环境
下对 系统进行 了离线仿真分析 并与 固高公 司提供 的算法进行 了仿真
效果 比较 。
三 由于 当前 国 内外对 于倒立摆 系统 的研 究大 都仍只局 限于理
浙江不业大学中职教师硕 一学位论 文
论分析或计算机软件 的数值仿真而缺 少实际的实验检验分析 本文利
用 盯 一群 实时工具箱构建实时控制平 台把根据本文设计 的控
制器建立的 仿真模型连接在实时内核 中运行 驱动外部硬件设
备 实现对倒立摆系统 的实时控制 。
四 本文 利用所 设计 的非线性控制器在 固高公 司提 供 的实验平
台上进行 了实时控 制开发的研究 这为倒立摆系统 的研 究和教学等提
供一些新 的探 索方 向。
本文的总体安排是 第一章介绍倒立摆系统的研究背景、现状和
发展前景木课题研 究的意义 、本文所作的主要工作和创新点等 第
二章介绍控制理论基础 知识和 法原理 第三章是控制器设
计和数值仿真 第 四章是系统离线仿真分析 第五章是系统实时控制
研 究 第六 章是 结论和 展望 。
关键词 侄立摆 系统 实 寸控制
多
浙江 下业人学中职教师硕 卜学位 论 文
目 录
摘要
第一章 绪论 ··········································································································……
倒立摆系统 的简介 ·················································································……
倒立 摆系统 的研 究背景 ·······························································……
国 内外倒 立摆 系统研 究现状 ························································……
倒立 摆 系统 的控 制方法 ·······························································一
】 倒立 摆 系 统研 究 的 前景和发展趋 势 ············································……
本文研 究 的意 义 ·············、····、·····、·····、···················································……
本文主要研 究的 内容及章节安排 ··························································……
本文主要研究的内容 ···································································……
本文的章节 安排 ············································································……
本文 的主要创 新 点 ··················································································……
第二章 预 备知识 ······················································································· ……
稳 定性理 论 ··········································································……
方法 设计原理 ·································································……
第三章 基于 方法 的直线型一级 倒立 摆系统 的控 制 器
设计 和 数值 仿真 ·····················································································一
直线型一级倒立 摆 系统 的硬件 组成和工作 原理 ································……
直线型一级倒立摆 系统数学模型 的建立 ············································……
系统控制器 的设计和 闭环系统 的数值仿真 ········································……
第四章 直线型一级倒立摆系统 的 建模和 离线仿真 ·······················……
建模 原理 ·······························································……
直线 型一级 倒立摆 系统 的 模型和 离线仿 真 ························……
基于线性控 制器 对线性系统 的离线仿真 ··································……
基于线性控 制器对 非线性 系统 的离线仿真 ······························……
浙江 丁业大学 中职教师硕 卜学位论 文
基于非线性控制器对 非线性系统 的离线仿真 ···························……犯
第五章 基于 软件 的直线型一级倒立摆系统 的
实时控制 研 究 ···············、····、·、·、············、·、、···、·、······································……‘
基于非 线性控 制器 的实 时控制 ···························································……
基于非线 性控 制器 的实 时跟踪控 制开发 ··········································……
第六 章 结论和展望 ····························································································……
参 考 文 献 ·········································································································……
致 谢 ·····················································································································……
攻读学位期 间发表 的学术 论文 目录 ···································································……
否
浙江 业大学中职教师硕 卜学位论 文
第一章 绪 论
倒立摆系统的简介
倒立摆系统 的研 究背景
在控制理论的研究及其应用的发展过程中当一种新的理论产生它的正确
性及实际应用 中的可行性都需要一个按其理论设计的控制器去控制一个典型对象
来验证 而倒立摆就是这样一个被控制对 象 。倒立摆系统是 一个 多变量 、强非线
性和 自然 不稳 定系统 同时在控制过程 中又能有效地 反映控 制 中的许 多关键 问题
如 非线性 问题 、系统 的鲁棒性 问题 、随动 问题 、镇 定 问题及跟 踪 问题等 。倒立
摆系统作为一个实验装置 形象直观 、结构简单 、构件组成参数和形状易于改变 、
成本低廉 。倒立摆 系统的控制 效果可 以通过其稳定性直观地体现 也可 以通过摆
杆角度 、小车位移和稳定时间直接度量其实验效果 直观显著 。当新的控制理论
与方法 出现后可 以用倒立摆对其正确性和实用性加 以物理验证并对各种方法进行
快捷有效生动 的 比较团 。
倒立摆系统有着很强 的工程背景 主要体现在
机器人 的站立与行走类似于双倒立摆系统尽管第一台机器人在美国问世
至今 已有三十年 的历 史机器人 的关键技术— 机器人 的行走控制 至今仍未 能很
好解 决 。
在 火箭等 飞行 器 的飞行过程 中为 了保持其 正确 的姿 态 要不 断进行实 时控
制 。
通信卫星在预先计算好 的轨道和确定 的位置上运行 的 同时要保持其稳定
的姿态使卫星天线 一直指 向地球使它的太 阳能 电池板一直指 向太阳 。
侦察卫星 中摄像机 的轻微抖动会对摄像 的图像质量产 生很大 的影响 为 了
提高摄像的质量必须能 自动地保持伺服云台的稳定消除震动 。
为防一止单级 火箭在拐 弯时断裂而诞 生 的柔性 火箭 多级 火箭 其 飞行姿态
的控制 也可 以用 多级倒立摆系统进行研究。
由于控 制理论 的广泛应用 由此系统研究产生 的方法和 技术将 在半导体及精
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