变结构控制方法对二级倒立摆系统的仿真研究

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变结构控制理论出现于20世纪50年代,经历了60年的发展,已经成为一个相对独立且常用的控制方法。变结构适用范围十分广泛,如线性与非线性系统、连续与离散系统、确定与不确定系统等。由于这种控制方法简单、鲁棒性好可靠性高,因此受到了各国学者的广泛重视。倒立摆是一类典型的被控对象,它将机器人技术、智能控制、计算机控制有机的结合在一起,是一个绝对不稳定、高阶次、多变量、强耦合的非线性系统,因此本文选择二级倒立摆系统作为控制对象。采用滑模变结构控制方法,通过观察其控制效果,对滑模变结构理论进行研究。论文主要研究的是滑模变结构控制方法,由于滑模变结构在控制中会不可避免的产生高频抖动,因此在实际控制过程中是很不理想的。为了能有效消除抖振,本文首先讨论了将指数趋近律引入滑模变结构的方法来消除系统抖振,通过倒立摆的仿真实验表明虽然抖振有所减弱,但依然存在,并不能完全消除消抖。然后针对上述问题采用准滑模控制方法对倒立摆系统进行仿真控制,仿真结果表明,抖振已经明显减弱,基本上满足控制要求,但是其鲁棒性并不强。最后采用模糊控制调整趋近律的控制方法,这是一种将模糊算法与滑模变结构相结合的控制方法,通过模糊控制实时对趋近律进行调整,从而克服滑模控制中存在的固有抖振问题。从倒立摆的仿真实验可以看出,与趋近律控制方法和准滑模控制方法相比,加入模糊趋近律的滑模变结构控制能有效消除抖振,且拥有良好的动态性能和鲁棒性。
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