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生活中我们经常能见到各种各样的倒立摆,如自平衡车、机器人、火箭、卫星等。倒立摆系统是一种用于控制理论研究和各种控制技术说明的较为理想的实验平台。它有许多不同的种类,因为它们都是多变量,高阶次,强耦合,不稳定的系统,对其进行研究可以反映许多典型的控制问题,如非线性,鲁棒性,稳定性和系统的动态性质等等。它通常被用于基准验证,以及新的控制方法有效性验证。
本文主要工作,首先介绍倒立摆、自适应、GUI的研究背景、研究意义、国内外的研究现状等,并选用直线一级倒立摆为控制对象;接着采用牛顿—欧拉方法建立被控对象的数学模型,并进行稳定性、可控可观性分析,在这里最后得到的结论是被控系统是不稳定的但可控可观的系统;然后设计自适应PID控制器并进行仿真、观察控制效果,在这里对自适应控制的设计流程作了一定的介绍,并介绍了一种参数辨识方法-最小二乘辨识,接着逐步推导设计控制器;最后搭建一个基于倒立摆的自适应控制实验平台即GUI界面,此处介绍了GUI的基本控件、设计方法、页面搭建等。这个控制系统的目的是使倒立摆摆杆尽快地达到一个平衡位置,
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并且使之没有大的振荡和过大的角度和速度。当摆杆到达期望的位置后,系统能克服随机扰动而保持稳定的位置。