倒立摆虚拟样机及控制系统的研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文Y：·．620229倒立摆虚拟样机及控制系统研究摘要倒立摆系统是一个典型的机电一体化系统。恻立摆属于高阶、非线性不稳定系统，是检验各种控制方法的有效的实验装置。因此长期以来是控卷《理论及其应用领域里引起人们关注的问题。本文分橱了倒立拦系统的磺究发展过程和现状，设计了倒立摆系统结构，推导了各部分的数学模型，在ADAMS环境下建立了倒立摆机械部分豹虚拟样机，分剐设计了状态反馈、模糊控制、Sugeno模糊控制、模糊自适应控制算法。在MATLAB及ADAMS环境中进行了交互式仿真，通过仿真，比较了各晕申算法的控制效果，分柝了机城结构——摆杆的长度、摆的质量、小

2、车的质量对系统的动态特性豹影响。本仿真实验可以作为本科、研究生控制理论的教学实验，又可为倒立摆系统设计提供参考。关键词：倒立摆，数学模型，虚拟样机，动态仿真查曼堡三三冬茎要生堑鲎鎏鲨兰RES嚣ARC珏onTHEVIR鬻UALPROTOTYPEANDCONTRoLSYSTEMOF重娃EINVERTEDPENDULUMA8STRAeTTheinvertedpendulumisarepresentativemeehatroniossystem．Itisehigh-order，nonlinearandunstablesystem,soitisoftenusedtoprovewhethera

3、newcontrolmethodisvalidornot，Foratongtime，itarrestsmanypeopleincontroltheoryanditsapplicationare3．Afteranalyzingtheresearchanddevelopmentcourseandactualityoftheinvertedpendu]umsystem，thisthesisdesignsitsmechanism。deducesthemathematicalmodelofeachpart，establishesvirtuelpreferypeofitsmechanics．d

4、esignsvariouscontrolmethedssuchasstate-feedback，fuzzycontrol。Sugenofuzzycontrol，fuzzyadaptivecontrol，proceedsintezactivesimulationinMATLABandADAMS．Throughthesloeletion，comparingtheeffectofeverykindofcontrolmethod，analyzingtheinfluenceofmechanics，suchaslengthandmuseofthependulnm，i￡太原理工大学硬士研究生学位

5、论文H18ssofthecarttothedyna,aiccharacteristicofsystem．Thissimulationcanbeusedfornotonlythecontrol—theoreticteachingexperJmeatforundergraduateandgraduatestudent，butalsothereferencewhendesigningzheactualpendulum．Keywords：invertedpendulum，mathematicalmodel．virtualprototype，dynamicsimulatlonIll太琢理工大

6、学硕士研究生学位论文第一章绪论1．1倒立摆系统简介杂技预杆表演之所阻为人们熟悉，不仅是其技艺的精湛引入入胜，更重要的是其物理本质与控制系统的稳定性密切相关。它深剡揭示了自然界一种基本规律，印一个自然不稳定的被控对象，通过控制手段可使之具有良好的稳定性。这一规律已成为当今航空航天器设计的基本总想，即牺牲飞行器的自然稳定挂来确保它的机动性。不难看出杂技演员顶杼的物理机制可简化为一个例置的倒立摆，也就是人们常称之为倒立摆或一级倒立摆系统。倒立摆实验装置简图如篷I-1所示，由沿导轨运动的小车和通过转轴固定在小车上的摆体组成。在导轨一端装有用来测量小车位移的电位器，摆体与小车之间用转轴连臻，

7、荠在连接处室鹫电位器用米测量摆的燕度。小车可沿一笔直的有界轨道向左或向右运动，同时摆可在垂直平面内自由运动。直流电机透过传送带拖动小车的运动，从而使倒立摆稳定竖立在垂直位置。圈l—I饿立摆实验装置简匿Figure1-Iexperimentalassomhlyfigureoftheinvertedpendulum只要在顶端铰链再联接摆，就可以组成二级、三级甚至更多级的倒立l太原理工大学颟士研究生学位论文摆。在～些复杂的倒立攥系统中，接符的长度和质量均可变化攒据研究的目的