直线倒立摆系统的LQR控制器设计及仿真-毕业设计.doc

直线倒立摆系统的LQR控制器设计及仿真摘要倒立摆系统是非线形、强耦合、多变量和自然不稳定的系统。在控制过程中能反映控制理论中的许多关键问题，如镇定问题、非线性问题、鲁棒性问题以及跟踪问题等。不仅是验证现代控制理论方法的典型实验装置，而且其控制方法和思路对处理一般工业过程亦有广泛的用途，因此对倒立摆系统的研究具有重要的理论研究和实际应用价值。本文以固高公司直线倒立摆为研究对象，利用Newton法建立直线一级倒立摆的动力学模型。先对系统状态方程进行能控性和能观性分析，之后借助固高科技Matlab实时控制软件实验平台，设计LQR控制器，并利用LQR控制方法对直线一级倒立摆系统进行了Simulink在线实时仿真实验，并对实验结果分析，调节LQR参数，使之达到最佳稳定调节状态，通过在线对系统施加一定的扰动，系统均能在很短的时间里恢复平衡，取得了较好的实时控制效果。直线倒立摆；建模；稳定性；LQR；仿真ABSTRACTInvertedpendulumsystemisnon-linear,stronglycoupled,multivariableandnaturallyinstable.Inthecontrolprocessthissystemcanreflectsomekeyproblemsofcontroltheory,suchasstabilizationproblem,nonlinearproblems,robustness,andtrackingproblem.It’satypicallyexperimentalfacilitywhichcanverifythemethodsofmoderncontroltheory,moreoverthecontrolmethodsandthoughtsplayanimportantroleindealingwiththegeneralindustrialprocess.Sothestudiesofinvertedpendulumsystemaretheoreticallyandpracticallyvalued.Googolcompanylinearinvertedpendulum,Newton'smethodtocreateastraightlineaninvertedpendulumdynamicmodelusingtheLagrangeequationdeducedstraightlinedoubleinvertedpendulummathematicalmodelofanalyticalmechanicsmethods.ThisthesisadoptsGoogolcompanylinearinvertedpendulumasthestudyobject,.Firstcontrollabilityandobservabilityanalysisofsystemstateequationshouldbeanalyzed,afterwards,withtheGoogolhigh-techMatlabreal-timecontrolsoftwareexperimentalplatform,LQRcontrollercanbedesignedandLQRcontrolmethodcanconductonlinereal-timesimulationexperimentonstraightline,doubleinvertedpendulumSimulink,analyzeresultsofexperimentandadjustLQRparameterssoastoachievethebeststabilityandregulationstate.Somecertaindisturbanceonlineimposedonthesystemenablesittorestorethebalanceinaveryshorttime,andachieveverygoodreal-timecontroleffects.linearinvertedpendulum;modeling；stability；LQR；Simulation目录TOC\o"1-2"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc326416200"第一章绪论PAGEREF_Toc326416200\h1HYPERLINK\l"_Toc326416201"1.1倒立摆系统概述PAGEREF_Toc326416201\h1HYPERLINK\l"_Toc326416202"1.2倒立摆系统发展及研究现状PAGEREF_Toc326416202\h4HYPERLINK\l"_Toc32641