二級倒立擺狀態(tài)反饋控制器設計優(yōu)化方法
彭秀艷,胡忠輝,姜 輝
哈爾濱工程大學自動化學院,黑龍江哈爾濱
摘 要:設計了一種二級倒立擺的狀態(tài)反饋控制器。研究了一種基于單純形算法的參數優(yōu)化方法。首先給出了二級倒立擺系統(tǒng)模型并分析了系統(tǒng)特性,設計了狀態(tài)反饋控制器,提出基于ITAE(IntegratedTime&AbsoluteError)性能指標應用單純形優(yōu)化方法對狀態(tài)反饋控制參數進行優(yōu)化設計,以快速準確地得到狀態(tài)反饋陣,并利用固高GLIP2002型直線倒立擺系統(tǒng)進行仿真分析和二級倒立擺系統(tǒng)控制實驗,實現(xiàn)了二級倒立擺優(yōu)化控制。提出的一種如何尋找使系統(tǒng)穩(wěn)定且具有較好性能的狀態(tài)反饋控制參數這一控制領域重要問題的解決方法,避免了極點配置法手動試湊方法調試參數困難的問題,對非線性、強耦合運動體的控制具有理論意義和應用價值。
關 鍵 詞:ITAE性能指標;單純形優(yōu)化算法;二級倒立擺;狀態(tài)反饋;極點配置
1 引 言
倒立擺系統(tǒng)以其有效反映諸如非線性、強耦合性、以及可鎮(zhèn)定性等諸多自動控制領域中的關鍵性能,成為了較常用的研究對象[1]。由于數學模型與實際系統(tǒng)存在誤差,狀態(tài)反饋方法設計出控制器控制實際系統(tǒng)時需要進一步實驗調試控制參數,目前國內外研究多采用試湊法確定控制參數[24]。這種方法試湊時間長、難度大,應用極點配置法設計出的反饋增益用于實際擺控制時經常失敗,很難達到期望的控制效果。本文以ITAE性能指標為目標函數,應用單純形優(yōu)化方法對狀態(tài)反饋控制器進行優(yōu)化,通過仿真實驗和實際系統(tǒng)控制實驗與一般的極點配置法進行了比較。實驗結果說明本文的設計優(yōu)化方法,可以很快速地找到多組可滿足實際系統(tǒng)控制要求的控制參數,與傳統(tǒng)極點配置法相比避免了反饋控制增益的長時間試湊,控制性能更好[5]。
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