基于卡爾曼濾波器的一階倒立擺控制研究.pdf

1、倒立擺系統(tǒng)是從火箭推進器抽象出來一個的典型的多變量、強耦合、非線性的自不穩(wěn)定系統(tǒng)，對這樣一個復雜系統(tǒng)的研究，從理論上將涉及系統(tǒng)控制中的很多關(guān)鍵問題，如非線性問題、魯棒性問題、鎮(zhèn)定問題、隨動問題以及跟蹤問題等。所以倒立擺系統(tǒng)的數(shù)字仿真和實物控制成為控制領(lǐng)域中用來檢驗某種控制理論或方法的典型方案。
　　本文以利用電位器檢測角度的一階倒立擺系統(tǒng)作為研究對象，研究了其在擺角信號含有大噪聲的情況下的平衡穩(wěn)定控制問題，這對解決實際工程中的相關(guān)

2、問題有一定的指導意義。
　　本文首先利用拉格朗日方程的方法建立一階倒立擺的數(shù)學模型，之后提出一種利用物理學守恒定律的建模方法進行數(shù)學建模，并在MATLAB/Simulink仿真環(huán)境中進行了仿真實驗，對已建立的數(shù)學模型的有效性進行了驗證。
　　依據(jù)滑模變結(jié)構(gòu)控制器的基本原理，針對本一階倒立擺實物系統(tǒng)設(shè)計了合適的滑模變結(jié)構(gòu)控制器，并對其零動態(tài)進行了分析，引入了利用Ackermann公式設(shè)計線性滑模面的方法。數(shù)字仿真實驗的結(jié)果驗證

3、了此控制器的有效性。
　　測量了擺角信號的噪聲，根據(jù)卡爾曼濾波器的基本原理，針對本一階倒立擺實物系統(tǒng)設(shè)計了合適的卡爾曼濾波器。通過仿真實驗表明，該卡爾曼濾波器對本系統(tǒng)的擺角信號噪聲有較強的濾除能力。
　　最后，結(jié)合一個上位機監(jiān)控程序，在由哈爾濱工業(yè)大學運動控制實驗室設(shè)計制造的一階倒立擺實物平臺上進行實物實驗。實驗結(jié)果表明，本文所設(shè)計的卡爾曼濾波器對倒立擺角度信號噪聲具有良好的濾波效果，同時，所設(shè)計的滑模變結(jié)構(gòu)控制器能夠較好的