直线二级倒立摆的RBF-ARX建模和预测控制研究

摘要

倒立摆系统是一种典型的多变量、非线性、强耦合的自然不稳定系统，是控制领域研究的一个热点。对倒立摆系统进行研究不仅具有较强的理论意义，也具有较好的现实意义。
　　本文围绕直线二级倒立摆系统，研究了基于RBF-ARX模型的非线性系统建模和预测控制的问题。为了克服传统物理建模方法的缺点，本文对倒立摆采用了系统辨识的方法进行建模，建立了直线二级倒立摆的ARX和RBF-ARX模型。本文介绍了ARX建模和RBF-ARX建模方法的原理，说明了建模的数据采集、模型参数的初始化以及模型阶次的选择原则等问题。本文详细介绍了直线二级倒立摆的ARX建模结果和RBF-ARX建模结果，并对ARX模型结果和RBF-ARX模型结果进行了比较。分析结果表明，RBF-ARX建模方法的建模效果更好，能更好的描述非线性系统的动态特性。
　　在确定好直线二级倒立摆的建模方法的基础上，本文设计了直线二级倒立摆的仿真和实物控制实验。从直线二级倒立摆的基于RBF-ARX模型的预测控制器的仿真效果可以看出，在不同的摆杆角度初始值的条件下，该方法都能取得较好的效果。同时与基于ARX模型的预测控制器的仿真效果相对比的结果可以看出，基于RBF-ARX模型的预测控制的控制效果更为理想，验证了RBF-ARX模型和预测控制的有效性。由于直线二级倒立摆系统的实物控制极为复杂，在对其进行实物控制的时候采用了预测控制对其进行了初步的研究。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 倒立摆系统的研究情况概述

1．1．1 倒立摆系统简介

1．1．2 倒立摆系统的研究意义

1．1．3 倒立摆系统的国内外研究现状

1．2 RBF-ARX模型概述

1．3 模型预测控制(MPC)研究概述

1．4 本文总体规划

2 对直线二级倒立摆的建模研究

2．1 倒立摆系统结构

2．2 物理建模方法

2．3 系统辨识建模方法

2．3．1 ARX建模方法

2．3．2 RBF-ARX建模方法

2．4 本章小结

3 对直线二级倒立摆的建模结果研究

3．1 系统建模的数据采集

3．2 直线二级倒立摆的建模结果分析

3．2．1 直线二级倒立摆的ARX系统建模

3．2．2 直线二级倒立摆的RBF-ARX系统建模

3．2．3 直线二级倒立摆的ARX系统建模与RBF-ARX系统建模对比

3．3 本章小结

4 基于RBF-ARX模型的预测控制研究

4．1 预测控制的基本原理

4．2 基于RBF-ARX模型的预测控制

4．2．1 非线性模型的预测控制

4．2．2 RBF-ARX模型的预测控制器设计

4．3 本章小结

5 对直线二级倒立摆系统的仿真和实物控制

5．1 预测控制算法的参数调整

5．2 对直线二级倒立摆系统的仿真研究

5．2．1 直线二级倒立摆的RBF-ARX模型仿真研究

5．2．2 直线二级倒立摆的ARX模型和RBF-ARX模型仿真结果对比

5．3 对直线二级倒立摆系统的实物控制研究

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果目录