已知利用ode45建立利用弹簧阻尼双足机器人动力学方程,求李导数建立弹簧阻尼双足机器人控制器的MATLAB

时间: 2023-06-26 10:08:01 浏览: 51
根据动力学方程,可以得到弹簧阻尼双足机器人的状态方程: x' = f(x,u,t) 其中,x是系统状态,u是控制输入,t是时间。为了建立控制器,需要进行状态反馈控制,即根据当前状态来计算控制输入。因此,需要构造一个控制器: u = g(x) 其中,g(x)是状态反馈控制器。 为了设计g(x),需要先对系统进行线性化,得到线性系统的状态空间表示: x' = Ax + Bu y = Cx + Du 其中,A、B、C、D是系统的状态空间矩阵。然后,就可以根据线性系统的状态空间表示来设计状态反馈控制器。 MATLAB代码如下: % 系统参数 m1 = 10; % 身体质量 m2 = 2; % 脚质量 l1 = 0.5; % 身体长度 l2 = 0.5; % 脚长度 k = 1000; % 弹簧刚度 c = 20; % 阻尼系数 g = 9.81; % 重力加速度 % 状态空间矩阵 A = [0 1 0 0; (m1+m2)*g/(m1*l1+m2*l2) 0 0 -k/(m1*l1+m2*l2); 0 0 0 1; -m2*g/m1 0 0 -c/m1]; B = [0; -1/(m1*l1+m2*l2); 0; 1/m1]; C = [1 0 0 0; 0 0 1 0]; D = [0; 0]; % 构造状态反馈控制器 Q = diag([10 5 10 5]); % 状态权重矩阵 R = 1; % 输入权重 [K,S,e] = lqr(A,B,Q,R); % 计算LQR控制器的增益矩阵K % 仿真系统 tspan = 0:0.01:5; % 时间范围 x0 = [0; 0; 0.1; 0]; % 初始状态 [t,x] = ode45(@(t,x) bipedal_robot_dynamics(t,x,-K),tspan,x0); % 求解系统状态 y = C*x.'; % 计算系统输出 % 绘图 figure; subplot(2,1,1); plot(t,x(:,1),'b',t,x(:,3),'r'); xlabel('Time(s)'); ylabel('Position(m)'); legend('Body','Foot'); subplot(2,1,2); plot(t,x(:,2),'b',t,x(:,4),'r'); xlabel('Time(s)'); ylabel('Velocity(m/s)'); legend('Body','Foot'); function dxdt = bipedal_robot_dynamics(t,x,K) % 弹簧阻尼双足机器人动力学方程 m1 = 10; m2 = 2; l1 = 0.5; l2 = 0.5; k = 1000; c = 20; g = 9.81; f1 = k*(l1-x(1))-c*x(2); f2 = k*(l2-x(3))-c*x(4); u = -K*x; dxdt = zeros(4,1); dxdt(1) = x(2); dxdt(2) = (m1+m2)*g*x(1)/l1+m2*g*x(3)/l1+f1/m1+u/m1; dxdt(3) = x(4); dxdt(4) = -m2*g*x(3)/l2-f2/m2+u/m1; end

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