基于一级倒立摆的复合控制器设计答辩ppt

1、毕业设计（论文）答辩 姓名：姓名：xxxxxx 学号：学号：xxxxxx 班级：班级：0909自动化（自动化（1 1）班）班指导老师：指导老师：xxxxxx报告大纲1 课题设计要求23PID控制算法及仿真实验4LQR控制算法及仿真实验5复合控制器的设计及仿真 倒立摆系统简介1 课题设计要求 基本要求：基本要求： 以固高公司的直线倒立摆为研究对象，采用复合控制，即不同控制算法的优缺点互补，使其系统具有结构简单、易于实现以及具有较强的适应性和鲁棒性,并且可以获得良好的动态性能和稳态性能。需研究的问题：需研究的问题： 1、不同控制算法的性能研究。 2、复合控制算法的设计与实现。2 倒立摆系统简介 一

2、级倒立摆系统结构简图 倒立摆系统是一个典型的非线性、强耦合、多变量和不稳定系统。3 PID控制算法及仿真实验 PID控制的基本思想是：通过测量输出变量，与期望值相比较，用这个误差调节控制系统。其方法是根据给定值 r 与系统的实际输出值 c 得到控制偏差 e,然后将偏差进行比例(P)、积分(I)和微分(D)三项线性组合构成控制量U,对被控对象进行控制。通过调节PID控制器的参数，就可以得到满意的控制效果。 3 PID控制算法及仿真实验 PID控制仿真结果图 Kp=100，Ki=1，Kd=20 一级倒立摆系统PID控制仿真模型3 PID控制算法及仿真实验 一级倒立摆系统PID实时控制模型一级倒立摆

3、PID 控制实时控制结果 4 LQR控制算法及仿真实验 LQR (linear quadratic regulator)即线性二次型调节器，其对象是现代控制理论中以状态空间形式给出的线性系统，而目标函数为对象状态和控制输入的二次型函数。LQR最优设计是指设计出的状态反馈控制器 K要使二次型目标函数J 取最小值，而 K由权矩阵Q 与 R 唯一决定，故此 Q、 R 的选择尤为重要。 4 LQR控制算法及仿真实验 一级倒立摆系统LQR控制仿真模型直线一级倒立摆LQR 控制实时控制效果 5 复合控制器的设计及仿真 LQR控制的抗干扰性能及鲁棒性不强,而且LQR控制是通过对系统进行局部线性化后运用的一种

4、方法,因此对于扰动较大时,这种控制方法的效果明显变差;在实际调试过程中, 同样发现LQR控制的鲁棒性和快速性有所不足,特别在扰动较大时,可能失去控制作用。 PID控制是一种算法简单、鲁棒性好、可靠性高的线性控制,在一定程度上可以弥补LQR的不足,于是本文设计一种LQR结合PID的复合控制。 5 复合控制器的设计及仿真 当摆杆处于自然平衡(自然下垂)位置时,在系统受控前，通过手动协助使摆杆进入倒立状态。然后系统受控。系统运行过程中，如果偏差较小，LQR 自然能达到较好控制效果，但如果偏差较大，就需要切换到PID 控制，这样可以使系统有较强的鲁棒性，可使倒立摆在大扰动下也能处于“倒立”状态。5 复合控制器的设计及仿真 PID控制和LQR控制组成的复合控制器仿真模型 5 复合控制器的设计及仿真 复合控制器系统在倒立摆稳定时的曲线复合控制器系统在倒立摆稳定时的曲线复合控制系统在受到干扰时产生的变化曲线复合控制系统在受到干扰时产生的变化曲线5 复合控制器的设计及仿真 可以看到，此时的稳态性能比较理想。复合控制系统的稳定性相当好，摆杆的水平方向的位移和偏角均非常微小。系统受到外界干扰信号时在水平方向有微小的位移，但是能在较短的时间内恢复稳定。 由此