外文翻译--倒立摆的控制最合适的算法 中文版.doc

倒立摆的控制最合适的算法摘要本文的主要内容是PID调节器三种算法之间的比较。在这种情况下调节来自于所需垂直位置参数的偏差。调节器的结构和自动驾驶仪是相同的，都用于飞机俯仰角稳定。三种不同的结构的算法描述和这些结构之间不同的比例、积分和微分的增益是相互连接的。目标是使倒立摆能够找到最合适的算法结构。使之获得最好的系统的稳定性，稳定的角度范围宽，结构比较简单，没有超出规定的输入的局限性。关键词：倒立摆；推力矢量喷管；PID调节器；自动驾驶仪1引言倒立摆是一个典型的不稳定系统的例子，它被广泛用作测试控制算法（PID控制器、神经网络、模糊逻辑等）的基准。本系统研究了在火箭起飞后的弹动力学，或者是在低动态压力不稳定的条件下推力矢量飞机飞行的条件。火箭的控制问题主要是使它保持在一个垂直的状态上当它的火箭加速时1。倒立摆的摆角位置通过输入力来控制。在这种情况下，控制力是在矢量喷管的系统中产生的，在那里力和喷管偏转是成正比的。位置限制（±20°）、速率限制（±60度/秒）和喷嘴动力学通过第二阶传递函数都被表示出来2，在之后系统的模型向量喷嘴也被简要的描述出来。对这个倒立摆模型的非线性系统进行分析得到：222cosdxddMmmlmlFdtdtdt(1)222cossinddxJmlmlmldtdt(2)其中M小车的质量，m-倒立摆摆杆质量，L摆杆转动轴心到杆质心的长度，J-摆杆惯量，偏离垂直位置角度，X车位置坐标，g-重力加速度，F输入力。通过这些参数，可以得到系统的实际模型。该系统将用于所选择的控制系统的最终的非线性分析。方程（3)为系统的传递函数，它是利用控制器的设计和调节器的参数设置来对系统进行分析的：522221,2815101,90836nlsKJmlUsswssgJ(3)其中K增益的系统，wn固有频率系统。这个函数很容易分析，可以看出PID调节器设计也不复杂。2第一算法第一种算法描述的结构如下3：zFsPsssDs(4)F（s）-倒立摆所受外界作用力；Z（s）所需的角度值；P，D调节器的系数。这种自动驾驶仪的结构包括两个循环外部和内部，如图1所示：图1第一算法的结构传递函数的内循环是：2222221oooKsswKsKDssKDswsw(5)和整个系统的传递函数：22()zosKPssKDsKPw(6)通过对P、D参数的计算及方程（6）得出：222spspspsww(7)从以往的公式，你可以找到相似飞机的短周期模式和相同的标准，短期内阻尼sp和频率wsp是可用的为这个目的，标准的短周期阻尼和频率根据4，5，6是：0.351.3；sp1/secspwrad把方程(6)和表达式(7)合并得：2222()2ospspspsKDsKPwsww系数D可以计算：12spspJDwkgmsl(8)和系数P：22spJDwmgkgmsl(9)图2显示了阶跃响应，输入信号最终值阶跃函数为：/10。这个值是从方程的近似计算（1）和（2）得到的。系数P值为：P=461049和系数D为：D=312133。图2角的时间响应你可以看到图3，当t=0的输入力超过这个结构限制时，它将不可用于进一步的设计。图3输入力的响应时间3第二算法第二个算法给出了跟踪控制法【3】:zPsIFssDssss(10)I系数的选择和PID调节器的积分系数及其他参数的选择是一样的，如公式(4)。自动驾驶仪的结构如图4所示。图4第二算法的结构该模型由2循环也从内在和外在循环及传递函数中给出了有效的内部循环方程(5)。包括外层循环，最终的转移函数是：322zosKPsKIssKDsKPwsKI(11)第三阶系统的二项标准的形式描述了所需的时间响应【3】：322333zzzswswswWz是期望值的自然频率。P，I，D系数：223zJPwmgkgmsl(12)33zJIwkmgsl(13)13zJDwkmgsl(14)时间的调节可以通过使用公式近似计算为：7secrztw(15)阶跃响应如图5所示，PID调节器参数：P=-1085315,8；I=624267；D=