倒立摆系统滑模自适应控制

倒立摆系统的自适应

滑模控制方法研究

学生姓名：刘家坤

指导教师：郝立颖（讲师）专业名称：自动化

所在学院：信息工程学院

2014年6月

目录

摘要................................................................................................................................ I I Abstract ......................................................................................................................... I II 第一章前言 (1)

1.1 课题的研究目的及意义 (1)

1.2课题的发展以及研究现状 (1)

1.3存在问题与解决方法 (1)

1.4论文的内容安排 (2)

第二章倒立摆系统 (3)

2.1倒立摆系统的的研究背景 (3)

2.2倒立摆系统的组成 (3)

2.3倒立摆系统的原理 (5)

2.4倒立摆的建模与受力分析 (6)

第三章滑模控制理论 (9)

3.1滑模控制的发展及背景 (9)

3.2滑模控制的研究方法与基本原理 (9)

3.3滑模面的设计 (11)

3.4消除抖振的方法 (12)

第四章自适应控制理论 (15)

4.1自适应控制的背景 (15)

4.2自适应控制的基本原理 (15)

4.3系统稳定性研究 (16)

第五章倒立摆的自适应滑模控制设计与仿真 (18)

5.1建立倒立摆系统动态方程 (18)

5.2自适应滑模控制器的设计 (19)

5.3对倒立摆系统进行仿真 (20)

5.4仿真实例研究 (20)

5.5仿真结果图的分析 (23)

第六章结论 (26)

6.1.总结分析 (26)

6.2研究展望 (26)

致谢 (27)

参考文献 (28)

附录 (29)

1.主程序为 (29)

2.子程序为 (30)

摘要

倒立摆作为一种非线性、多变量而且不稳定的系统，无论是在航空航天领域还是在工业生产中都被广泛应用。随着现在科技的不断发展，对倒立摆系统控制方法的研究也变得越来越重要。在本文中，以倒立摆系统为对象，主要用自适应滑模控制的方法对其进行研究。在控制过程中，自适应控制和滑模控制的优点是能够消除被控对象的不确定性, 对扰动包含较好的鲁棒性。但非线性的系统难免会产生抖振，而引用自适应控制方法也可以很好的削弱抖振，并应用到系统中。对倒立摆系统做数学建模处理，描绘出系统的状态方程。然后基于自适应和滑模控制方法设计出倒立摆的自适应滑模控制器并对其进行稳定性分析。最后用MATLAB仿真软件进行仿真研究，得出良好的实验结果。

关键词：倒立摆系统，自适应控制，滑模控制，鲁棒性，抖振

Abstract

Inverted pendulum as a nonlinear, multivariable and unstable system, whether or have been widely used in the aerospace field in industrial production. With the continuous development of technology now，Inverted pendulum system control method of research is becoming increasingly important. In this article, object to the inverted pendulum system, the main method of adaptive sliding mode control its research. In the control process, advantages of adaptive control and sliding mode control system is able to overcome the uncertainty, interference with robustness. However, the system will inevitably produce nonlinear buffeting, The method can also be a reference adaptive control well weaken chattering, and applied to the system Inverted pendulum system mathematical modeling, differential equations describe the system. Then sliding mode control method based on adaptive and adaptive sliding mode controller is designed inverted pendulum and its stability analysis. Finally, simulation studies using MA TLAB simulation software, Finally, simulation studies using MA TLAB simulation software, and draw good results.

Keyword：Inverted pendulum system, Adaptive Control, Sliding Mode Control, Robustness, Buffeting