倒立摆神经网络α阶逆系统控制器设计

摘要

该文应用一种非线性系统线性化控制方法--神经网络α阶积分逆系统方法,利用倒立摆装置,研究基于神经网络α阶积分逆系统方法的倒立摆控制器的设计,为后续工作进行一些应用研究.该文在介绍神经网络α阶积分逆系统控制方法的基本原理的过程中着重介绍了α阶积分逆系统及逆系统理论.由于工程中逆系统的解析实现相当困难,该文利用神经网络对未知非线性函数的逼近和学习能力与上述逆系统相结合,相应地构造出神经网络α阶积分逆系统.神经网络α阶积分逆系统与原系统复合后,不但能实现原系统的线性化,而且通过合理地设计逆系统,可使伪线性复合系统的极点在复平面上任意配置,从而得到较为理想的开环频率特性.应用神经网络α阶积分逆系统控制方法到倒立摆摆角控制中,通过对倒立摆系统数学模型的分析,介绍了一种双回路模型结构分析控制倒立摆摆角和小车位移,表明以摆角为控制对象时倒立摆系统相当于一个单输入单输出系统,并证明了该系统是可逆的;利用神经网络α阶积分逆系统控制方法,逆系统与原系统串联复合在一起,得到一个伪线性系统,合理地设计线性控制器,实现了倒立摆摆角的控制;小车位移采用PD控制,与摆角控制结合,实现了整个倒立摆系统的稳定控制,取得取了较好的实验结果.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1控制理论及其发展

§1.2人工神经网络技术的发展及其实现

§1.2.1人工神经网络技术的发展

§1.2.2人工神经网络的实现

§1.3本文的主要内容及研究意义

第二章神经网络α阶逆系统方法

§2.1逆系统方法概述

§2.1.1逆系统与伪线性系统

§2.1.2逆系统控制方法原理

§2.1.3系统可逆性

§2.2人工神经网络α阶逆系统及其实现

§2.3 s型前向神经网络的误差反传算法

§2.4小结

第三章倒立摆系统及其控制器

§3.1倒立摆系统的结构及数学模型

§3.1.1倒立摆系统的结构

§3.1.2单摆系统的数学模型

§3.2倒立摆拟人控制器设计

§3.2.1倒立摆系统的控制流程

§3.2.2倒立摆系统数模转换电路

§3.2.3倒立摆拟人控制器设计

§3.4小结

第四章倒立摆神经网络α阶逆系统控制

§4.1倒立摆系统的可逆性分析

§4.2倒立摆神经网络逆系统方法及控制器设计

§4.2.1倒立摆α阶逆系统辨识

§4.2.2复合伪线性系统线性控制器设计

§4.3倒立摆神经网络二阶积分逆系统控制实验

§4.4小结

第五章结束语

致谢

参考文献