| 毕业设计 基于PSO的LQR最优控制器设计及其在倒立摆控制中的应用,共56页,19622字 摘要：倒立摆系统是一个典型的多变量、非线性、强耦合和快速运动的自然不稳定系统，在研究双足机器人直立行走、火箭发射过程的姿态调整和直升机飞行控制领域中有重要的现实意义，相关的科研成果己经应用到航天科技和机器人学等诸多领域。LQR最优控制以其较好的稳定性在倒立摆控制中常被应用。该方法的关键在于如何选取Q、R加权矩阵，通常要需要多次的反复试探才能得到较满意的结果，极大地影响了其有效的应用。本文在建立二级倒立摆数学模型基础上，采用粒子群算法设计Q、R阵，利用其具有的快速收敛、不易陷入局部最优、所需参数少且易于实现等特点，获取Q、R阵及状态反馈控制率K。二级倒立摆的实验结果表明，该方法响应速度快、超调小，优化获得的参数使实际控制稳定，证实该方法的有效性和实用性。 关键词：二级倒立摆；LQR；粒子群算法；控制 目录 第1章 绪论 1 1.1 倒立摆系统研究的背景及意义 1 1.2 倒立摆系统研究现状及其发展方向 3 1.3 倒立摆的控制方法 5 1.4 课题任务及本文的主要工作 7 第2章 二级倒立摆数学建模 8 2.1倒立摆简介 8 2.2倒立摆的特性及工作原理 9 2.3系统数学模型建立 10 2.3.1动力方程 11 2.3.2状态空间方程 14 2.4二级倒立摆系统稳定性分析 16 第三章 LQR最优控制原理及其在二级倒立摆中的应用 19 3.1系统线性二次型最优控制原理 19 3.2 LQR最优控制在二级倒立摆中的应用 23 第四章 二级倒立摆基于PSO的LQR最优控制器设计 23 4.1粒子群算法的原理 23 4.2方案论证 24 4.2.1二级倒立摆软件方案论证 24 4.2.2二级倒立摆硬件方案论证 26 4.3粒子群算法对Q、R阵的优化设计 28 4.4二级倒立摆LQR控制 29 4.5 控制效果分析 31 结论 35 社会经济效益分析 36 参考文献 37 致 谢 39 附录Ⅰ 倒立摆模型程序清单 40 附录Ⅱ 粒子群算法程序清单 43 |
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