基于性能协调的平面二级倒立摆控制

2012年03月14日10:37:08 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

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宋运忠，张蛟龙，张　伟
河南理工大学电气工程与自动化学院，河南焦作

摘　　　要：针对平面二级倒立摆系统具有的多变量、非线性、强耦合、稳定控制实时性和快速性要求高的特点，设计了利用协调因子优化控制效果的改进型ＬＱＲ控制器。运用分析动力学方法对倒立摆建立数学模型，以ＬＱＲ理论设计了平面倒立摆的较优控制器，在此基础上加入性能协调因子，它能根据状态变量的变化实时调整控制作用的大小，进而对ＬＱＲ输出的预控制作用进行精细处理，优化控制作用，进一步改善控制效果，经系统仿真与实验室实时控制验证，其结果表明这种控制器设计简单，实时性好，并能同时保证在不同的运行条件下具有较高的控制精度，较快的响应速度，良好的稳定性和鲁棒性。

关　键　词：平面二级倒立摆；ＬＱＲ；协调因子；实时控制

１　引　言
倒立摆系统具有非线性、欠冗余性、不确定性、强耦合和自然不稳定性等特点，由于这些特点使其成为研究各种先进控制理论的理想模型和检验控制效果的典型实验平台。随着智能控制算法研究的发展，模糊控制、神经网络、自适应控制［１３］等控制方法得到了控制界的普遍认同，近年来把几种控制方法相结合的混合控制，能够充分利用各自的优点，成为倒立摆控制研究的热点。各国学者对倒立摆系统的控制［４６］进行了大量研究，这些控制方法都存在一定的局限性，同时控制算法越复杂，实时控制的效果就越差，实现的困难也会加大，一个简便而有效的方法就是结合ＬＱＲ理论设计控制器，实时性好，容易实现倒立摆的稳定控制。本文在分析了平面倒立摆的特点和物理结构的基础上，首先运用ＬＱＲ理论设计出较优控制器，仅用这个控制器来控制倒立摆其效果还不够好，本文在ＬＱＲ预控制作用下再加上性能协调因子，它以状态变量的变化为参考，根据需要实时自适应调整协调因子的大小，控制作用也会随之优化，进一步改善了控制效果。

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