基于lqr的一階倒立擺控制(編輯修改稿)
2024-12-16 03:38 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 面上輸出K矩陣的值、系統(tǒng)輸出的四個波形和控制器輸出的一個波形如圖5所示。觀察波形的情況，確定下一組輸入的Q矩陣的值。 修改權(quán)值，使q11=1000,q22=0,q33=1000，q44=0時輸出如圖6所示，與圖5所示的各輸出波形比較起來可以明顯的看出圖6的調(diào)節(jié)時間明顯比圖5的調(diào)節(jié)時間和上升時間短，說明系統(tǒng)的響應(yīng)速度變快了，但是，另一方面，四個系統(tǒng)輸出波形和控制器的輸出波形的超調(diào)量都有所增加。在多次的調(diào)試過程中，隨著加權(quán)值qii的增加，系統(tǒng)反應(yīng)時間變短，超調(diào)量變大的理論得到了驗證。當(dāng)qii的值設(shè)到足夠大的時候，系統(tǒng)超調(diào)量變得很大，此時系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。 圖5 系統(tǒng)調(diào)試界面 圖6 系統(tǒng)調(diào)試界面5. 結(jié)論及進(jìn)一步設(shè)想與常規(guī)PID控制器相比，基于LQR的最優(yōu)控制器可以同時對倒立擺系統(tǒng)的小車位置和擺桿角度進(jìn)行控制。只要合理選取最優(yōu)控制二次型目標(biāo)函數(shù)中的加權(quán)陣Q值，就會提高系統(tǒng)抗外部干擾和適應(yīng)內(nèi)部參數(shù)變化的魯棒性，并且減小了超調(diào)，改善了動態(tài)特性。根據(jù)組態(tài)軟件具有使工業(yè)生產(chǎn)過程動態(tài)可視化的功能，筆者提出了使用組態(tài)軟件對倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)可視化處理的實現(xiàn)方案。通過仿真計算和組態(tài)設(shè)計，該方案不僅可以生動直觀地證明LQR算法的控制過程，演示LQR算法在倒立擺系統(tǒng)中的應(yīng)用價值，而且可以在實際教學(xué)過程中與學(xué)生進(jìn)行教學(xué)互動，加強(qiáng)學(xué)生對LQR算法控制倒立擺系統(tǒng)的理解，從而取得良好的教學(xué)效果?？傊贚QR算法的倒立擺動態(tài)可控制系統(tǒng)這一實現(xiàn)方案，具有控制性能優(yōu)良、控制效果生動直觀的優(yōu)點，對科研與教學(xué)均會有良好的促進(jìn)作用，具有實際的應(yīng)用價值和一定的創(chuàng)新性。參考文獻(xiàn)[1] 劉豹．現(xiàn)代控制理論．北京：機(jī)械工業(yè)出版社。2003．[2] 張靜．Matlab在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用．北京：電子工業(yè)出版社，2007．[3] 孫亮．Matlab語言與控制系統(tǒng)仿真．北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，2006．[4] 劉金琨．先進(jìn)PID控制MATLAB仿真（第2版）．北京：電子工業(yè)出版社，2004.[5] 王丹力．MATLAB控制系統(tǒng)設(shè)計仿真應(yīng)用．北京：中國電力出版社，2007.課設(shè)體會這次課程設(shè)計題目是具有一定的挑戰(zhàn)性的，因為對于MATLAB編程的環(huán)境不熟悉，尤其是涉及到GUI用戶界面的設(shè)計，我毫無經(jīng)驗可言。在老師的指導(dǎo)下，我對課題有了個整體的認(rèn)識，在進(jìn)行了簡單的整理之后，我有了初步的思路。由于LQR的設(shè)計涉及到黎卡提方程，所以，我先從黎卡提方程入手，理解了只有在J取得最小值的情況下才能進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計，由于有現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)，在LQR設(shè)計的理論理解上相對容易，而整個課題的難點就在于程序的編寫上，尤其是涉及到GUI用戶界面的制作編程，這是整個編程過程中的難點，也是重點。在還沒有正式開始編程之前，我花了大量的時間去研究GUI程序的編寫方法，在對GUI有了一定的認(rèn)識之后，我開始著手編程，確定方案，探索方法，由淺入深的編寫和調(diào)試程序。在編寫程序的同時，需要大量的收集相關(guān)資料，這也是一個很好的自學(xué)的過程，是對課本所學(xué)內(nèi)容的鞏固。兩周的課設(shè)很快結(jié)束了，在蔣老師的指導(dǎo)下和我自己的努力下，課題的設(shè)計得以圓滿完成，在此，非常感謝蔣老師的悉心指導(dǎo)和和辛勤付出。這是一次難忘的課程設(shè)計，時值大三下學(xué)期期末，這將成為我大三結(jié)束和大四伊始的分界點，也將成為我人生的一個重要的里程碑。 [2010年7月 23日完成]附錄1： function varargout = keshe(varargin)gui_Singleton = 1。gui_State = struct(39。gui_Name39。, mfilename, ... 39。gui_Singleton39。, gui_Singleton, ... 39。gui_OpeningF39。, @keshe_OpeningF, ... 39。gui_OutputF39。, @keshe_OutputF, ... 39。gui_LayoutF39。, [] , ... 39。gui_Callback39。, [])。if nargin amp。amp。 ischar(varargin{1}) = str2func(varargin{1})。endif nargout [varargout{1:nargout}] = gui_mainf(gui_State, varargin{:})。else gui_mainf(gui_State, varargin{:})。endfunction keshe_OpeningF(hObject, eventdata, handles, varargin) = hObject。guidata(hObject, handles)。function varargout = keshe_OutputF(hObject, eventdata, handles) varargout{1} = 。 function edit2_Callback(hObject, eventdata, handles) %輸入小車質(zhì)量M的值input = str2num(get(hObject,39。String39。))。 function edit2_CreateF(hObject, eventdata, handles)if ispc amp。amp。 isequal(get(hObject,39。BackgroundColor39。), get(0,39。defaultUicontrolBackgroundColor39。)) set(hObject,39。BackgroundColor39。,39。white39。)。end function edit3_Callback(hObject, eventdata, handles) %輸入直桿的質(zhì)量minput = str2num(get(hObject,39。String39。))。 function edit3_CreateF(hObject, eventdata, handles)if ispc amp。amp。 isequal(get(hObject,39。BackgroundColor39。),... get(0,3
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