直线二级倒立摆的RBF-ARX建模和预测控制研究

作　者: 肖玉姣
导　师: 彭辉
学　校: 中南大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 直线二级倒立摆 RBF-ARX模型 ARX模型预测控制
分类号: TP13
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

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ARX模型的学位论文">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。本文图32幅,表2个,参考文献61篇。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
1 绪论  8-16
  1.1 倒立摆系统的研究情况概述  8-11
    1.1.1 倒立摆系统简介  8-9
    1.1.2 倒立摆系统的研究意义  9-10
    1.1.3 倒立摆系统的国内外研究现状  10-11
  1.2 ARX模型的学位论文">RBF-ARX模型概述  11-13
  1.3 模型预测控制(MPC)研究概述  13-15
  1.4 本文总体规划  15-16
2 对直线二级倒立摆的建模研究  16-32
  2.1 倒立摆系统结构  16-19
  2.2 物理建模方法  19-23
  2.3 系统辨识建模方法  23-30
    2.3.1 ARX建模方法  23-25
    2.3.2 RBF-ARX建模方法  25-30
  2.4 本章小结  30-32
3 对直线二级倒立摆的建模结果研究  32-44
  3.1 系统建模的数据采集  32-34
  3.2 直线二级倒立摆的建模结果分析  34-42
    3.2.1 直线二级倒立摆的ARX系统建模  34-38
    3.2.2 直线二级倒立摆的RBF-ARX系统建模  38-42
    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  42
  3.3 本章小结  42-44
4 基于RBF-ARX模型的预测控制研究  44-54
  4.1 预测控制的基本原理  44-46
  4.2 基于RBF-ARX模型的预测控制  46-52
    4.2.1 非线性模型的预测控制  46-48
    4.2.2 RBF-ARX模型的预测控制器设计  48-52
  4.3 本章小结  52-54
5 对直线二级倒立摆系统的仿真和实物控制  54-68
  5.1 预测控制算法的参数调整  54-56
  5.2 对直线二级倒立摆系统的仿真研究  56-62
    5.2.1 直线二级倒立摆的RBF-ARX模型仿真研究  56-61
    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  61-62
  5.3 对直线二级倒立摆系统的实物控制研究  62-66
  5.4 本章小结  66-68
6 总结与展望  68-70
  6.1 总结  68-69
  6.2 展望  69-70
参考文献  70-76
攻读学位期间主要的研究成果目录  76

直线二级倒立摆的RBF-ARX建模和预测控制研究

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