[发明专利]一种基于低通滤波的倒立摆控制方法、装置及系统

说明书

本发明公开了一种基于低通滤波的倒立摆控制方法、装置及系统，获取倒立摆摆杆角度信息和旋转臂位置信息；根据倒立摆摆杆角度信息，判断当前运动状态；基于当前运动状态，根据得到的倒立摆摆杆角度信息和旋转臂位置信息，结合预设的旋摆杆目标角度、旋转臂目标位置，通过双环低通滤波PID算法计算电机PWM输出值；根据计算得到的电机PWM输出值，发出指令控制电机转速。控制器中直接加入低通滤波器，预测摆杆运动姿态，减小倒立摆惯性与干扰影响，保持摆杆稳定。该装置具有较高的可靠性和稳定度，可实现系统的多样化控制，且整个装置结构简单，成本较低。

技术领域

本发明涉及机械控制技术领域，具体涉及一种基于低通滤波的倒立摆控制方法、装置及系统。

背景技术

由于倒立摆系统是一个典型的快速、多变量、非线性、强耦合、自然不稳定系统，在它的控制过程中，能有效反映诸如镇定性、鲁棒性、随动性以及跟踪等许多关键问题，并且作为实验对象，倒立摆结构简单，参数易测，便于数学建模研究算法，因此是进行控制理论教学及开展各种控制策略的理想实验平台，人们常常利用倒立摆检验各种控制算法的不稳定性、非线性和快速系统的控制能力以及各种控制算法的有效性。

倒立摆系统进行研究，不仅具有理论意义，其类似的控制方法在半导体及精密仪器加工、机器人控制技术、人工智能、导弹拦截系统、航天对接控制技术、火箭发射中的垂直控制、卫星飞行器中的姿态控制和一般工业应用等方面都具有广阔的利用开发前景。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于低通滤波的倒立摆控制方法、装置及系统。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于低通滤波的倒立摆控制方法，包括：

获取倒立摆摆杆角度信息w_r(k)和旋转臂位置信息m_r(k)；

根据倒立摆摆杆角度信息w_r(k)，判断当前运动状态；

基于当前运动状态，根据得到的倒立摆摆杆角度信息w_r(k)和旋转臂位置信息m_r(k)，结合预设的旋摆杆目标角度w_i(k)、旋转臂目标位置M_i(k)，通过双环低通滤波PID算法计算电机PWM输出值；

根据计算得到的电机PWM输出值，发出指令控制电机转速。

所述的基于低通滤波的倒立摆控制方法，倒立摆运动状态包括：预起摆、起摆、倒立状态。

在本发明的一些实施例，根据倒立摆摆杆角度信息w_r(k)，判断当前运动状态；包括：

当倒立摆摆杆角度信息w_r(k)＜Ws，Ws为预设的倒立摆摆杆角度阈值，为预起摆运动状态；

当倒立摆摆杆角度信息w_r(k)≥Ws，Ws为预设的倒立摆摆杆角度阈值，则进入起摆运动状态；

当倒立摆摆杆角度值w_r(k)∈{Wc-d,Wc+d}，Wc为预设的倒立摆摆杆倒立角度，d为允许角度偏差，则进入倒立状态。

在本发明的一些实施例，基于当前运动状态，根据倒立摆摆杆角度信息w_r(k)和旋转臂位置信息m_r(k)，基于预设的旋摆杆目标角度、旋转臂目标位置，通过双环低通滤波PID算法计算电机PWM输出值；包括：

倒立状态控制摆杆保持倒立且旋转臂稳定30°范围内；