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    15

    4.3  新型双幂趋近律方法抖振抑制 17

    4.4  实验结果 19

    4.5  本章小结 22

    5  一级倒立摆系统基于能量的自起摆与稳摆切换控制研究 23

    5.1  起摆问题的提出与分析 23

    5.2  起摆控制器设计 23

    5.3  自起摆与稳摆切换控制实验结果 24

    5.4  本章小结 25

    6  二级倒立摆系统的滑模变结构控制及其抖振抑制研究 26

    6.1  传统滑模控制器设计 26

    6.2  准滑模控制方法抖振抑制 28

    6.3  新型双幂趋近律方法抖振抑制 30

    6.4  实验结果 31

    6.5  本章小结 35

    结论 36 

    致谢 38

    参考文献 39

    附录A  一级倒立摆成功控制的实物照片 41

    附录B  二级倒立摆加漏斗成功控制的实物照片 41

     1  绪论

    倒立摆控制系统是一个典型的多变量非线性系统，同时又是一个高阶次、不稳定、强耦合的快速系统，本身又具有成本低廉、结构简单、易于模拟、形象直观的特点[1,2]。本章简要概述了倒立摆控制的研究意义及研究现状，同时对本文研究的滑模变结构控制方法的现状及发展作了简要说明，最后概括了本文研究的主要内容。论文网

    1.1  倒立摆控制的研究意义

    倒立摆系统作为一个检测各种控制算法的实验装置，其特点与机器人控制、飞行器控制等有很大的相似性[3,4]。此外，对二级以上倒立摆的实时稳定控制是控制领域的一个难点问题，倒立摆系统控制研究对控制理论的发展起促进作用,迄今，诸多经典控制理论都被成功应用于倒立摆系统的稳摆控制中。因此，对倒立摆控制的研究具有理论意义和工程应用前景。

    1.2  倒立摆控制的研究现状

    1.3  变结构控制理论的现状及发展

    1.4  本文研究的主要内容

    本文以直线一级、二级倒立摆为被控对象，在建立直线一级倒立摆和二级倒立摆数学模型的基础上，为便于滑模控制器设计，分别在系统平衡点附近对其线性化。为了抑制抖振并保证系统具有一定的抗干扰能力，在传统趋近律基础上进行改进：针对直线一级倒立摆，提出了两种改进算法——符号函数连续化和一种新型的双幂趋近律；针对直线二级倒立摆，对传统趋近律的切换项作进一步改进，引入了边界层调整系数和在线自调整因子，同时将已提出的新型趋近律引入滑模变结构控制器。接着对其进行了仿真研究，仿真结果验证了算法的可行性。并以固高直线倒立摆为实验平台，进行对所设计算法的调试，验证其有效性，比较在所设计的控制律作用下倒立摆的抗干扰能力、抖振抑制能力，分析各自结果的原因，选取三种算法中最优的算法。文献综述

    本文研究的重点为：利用滑模变结构控制的强鲁棒性，并抑制其带来的抖振。其中抑制抖振方面，本文采用了对切换项连续化、引入在线自调整因子、对指数趋近律进行改进等方法，分别在实际直线倒立摆上验证各自的控制效果，并就抑制抖振能力、抗干扰能力及快速性等方面进行了对比，得到相对最优的算法。

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