球束系统LQG控制器的设计与实现

Daniel Isaac Zabala-Benavides, J. F. Salazar-Cáceres
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摘要

球梁系统是控制工程中最完整的研究案例之一,因为它是一个非线性且自然不稳定的系统。本文提出了一种用于Quanser球梁系统的LQG最优控制器,该控制器由线性二次调节器(LQR)和线性二次估计器(Kalman滤波器)组成,通过该估计器可以估计系统的所有状态,从而减轻了传感器对噪声的高灵敏度所产生的问题。从Quanser球梁系统的状态空间表示出发,利用MATLAB/Simulink软件及其Quarc模块,设计、仿真和实现了Quanser球梁系统的LQG最优控制器。最后,仿真和实现结果表明,尽管反馈信号存在噪声,但LQG控制器对球梁系统的控制是有效的。
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Diseño e implementación de controlador LQG en sistema Ball & Beam
El sistema Ball & Beam es uno de los casos de estudio más completos dentro la ingeniería de control, debido a que es un sistema no lineal y naturalmente inestable. En el presente artículo se propone realizar un controlador optimo LQG para el sistema Ball & Beam de Quanser, compuesto por un regulador cuadrático lineal (LQR) y un estimador cuadrático lineal (filtro de Kalman) por medio del cual se estimaron todos los estados del sistema, logrando mitigar las problemáticas generadas por la alta sensibilidad al ruido del sensor. Partiendo de la representación en espacio de estados del sistema Ball & Beam de Quanser y utilizando el software Matlab/Simulink y su módulo QUARC se diseñó, simulo e implemento un controlador optimo LQG en el sistema Ball & Beam de Quanser. Finalmente, los resultados de la simulación e implementación muestran que el controlador LQG es efectivo para controlar el sistema Ball & Beam a pesar del ruido que presenta la señal de realimentación.
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