浅析倒立摆系统结构建模与仿真

倒立摆系统是典型的机电一体化系统，是一种复杂、时变、非线性、强耦台、自然不稳定的高阶系统，许多抽象的控制要领如控制系统的稳定性、可控性、系统收敛速度和系统抗干扰能力等，都可以通过倒立摆系统直观的表现出来。本文分析了倒立摆系统模型，设计了倒立摆系统结构，推导了系统的数学模型，并在MATLAB环境下利用倒立摆的状态方程设计最优控制法对其进行控制，并得出仿真结果。     

平面倒立摆的一种多回路PID控制方法设计

平面倒立摆系统是进行教学和控制理论研究的理想实验平台。本文对平面倒立摆进行了运动学和动力学分析,因为传统的单回路PID控制是单输入单输出系统．对摆杆的角度和位移只能控制其中一个量,本论文用多回路PID设计方法对倒立摆进行了仿真,多回路可以很好的控制摆杆的角度和位移,结果表明采用这种控制方法得到了较好的控制效果。     

基于输入位置跟踪的直线二级倒立摆最优控制设计

采用拉格朗日方程建立二级倒立摆的线性化数学模型,并设计了带有位置输入的线性模糊控制器（二次最优控制器）。在SIMULINK环境下对控制效果进行了仿真,结果表明：线性二次最优控制不仅能够使倒立摆的摆杆保持平衡,还能实现小车对位置参考输入信号的跟踪。     

基于Lagrange方程建模的单级旋转倒立摆控制

介绍一种新型单级旋转倒立摆系统的构成，通过对其动力学特性的分析建立了基于Lagrange方程的数学模型。在平衡点附近给出系统的线性化模型，对系统的稳定性、能控性和能观性进行了分析。利用线性二次型最优控制策略LQR方法设计了控制器，并在仿真实验和实物实验中实现了倒立摆的平衡控制。实验表明，系统稳定性好、鲁棒性较强。     

基于RBF神经网络补偿的不确定性倒立摆PD控制

针对带有参数不确定性的非线性倒立摆的跟踪控制问题,提出一种RBF神经网络补偿的PD控制方法。该方法采用RBF神经网络逼近系统不确定非线性函数,结合常规的PD控制方法设计控制器,实现倒立摆的跟踪控制。仿真结果表明,该方法能有效实现倒立摆的快速跟踪,并保证了对不确定参数的不敏感性。     

基于MATLAB的一阶倒立摆的建模及仿真

倒立摆系统是一个典型的快速、多变量、非线性、不稳定系统,建立其数学模型研究其稳定性对于很多工程控制有着重大意义。采用机理建模法对一阶倒立摆系统进行分析,建立其数学模型,在用Matlab软件进行仿真验证,仿真时,观察不同的初始条件下倒立摆的运行特性。     

PID控制在单级倒立摆系统中的分析与应用

作为现代控制理论在空间技术中的应用典范,倒立摆系统一直广受青睐。随着技术进步,一级、二级、三级、四级倒立摆系列相继问世.倒立摆系统实属多变量、非线性、强耦合系统.因此,首先基于牛顿力学与运动学知识建立其数学模型动力学方程,并经过线性化处理得到其传递函数模型。其次在MATLAB环境中进行PID控制下的仿真。量后由仿真结果指出单级倒立摆系统的在应用中的优势与缺憾。     

修正Hamilton方法及其在车载倒立摆稳定化问题上的应用

本文基于反馈控制和带有控制的Hamilton系统的修正Hamilton函数,研究了车载倒立摆系统的稳定化问题.给出了利用修正Hamilton方法稳定化带有控制的Hamilton系统的一个准则.通过复杂的计算,证明了车载倒立摆系统的不稳定平衡态可以通过增加反馈控制的方式成为渐近稳定的平衡态.利用仿真验证了所给控制的有效性.     

倒立摆系统的发展研究以及意义

随着工业、农业、交通运输和国防等各个方面不断发展,这些方面都离不开较高的控制性能,自动控制就有了很大的应用舞台。从二十世纪五十年代到现在,人们对倒立摆的研究不断加深,是研究控制理论的一种实验设备,它具有高阶次、强耦合、非线性、多变量、不稳定等特点的系统,倒立摆系统已经由一级发展到了多级,控制手段也是多种多样。并且倒立摆还具有结构简单,价格低廉等优点,更是被人们应用和推广在很多领域。本文主要是对倒立摆的研究现状及其意义做简单介绍。     

基于虚拟仪器技术的平衡控制系统建模分析

针对机器人的平衡控制系统类似于一阶倒立摆平衡机构,使用一阶倒立摆数学模型来对原机器人系统进行近似的控制器设计。     

基于滑模观测器的环形倒立摆控制系统的设计与实现

针对多变量、非线性、强耦合的环形倒立摆系统,提出了一种滑模观测器的方案.该方案在采用Lagrange函数建立状态空间方程的基础上,利用能量控制策略实现自动起摆;采用最优控制理论中的极点配置法设计倒立摆系统的控制器;同时利用滑模变结构的等值原理设计观测器,实现对系统未知状态变量的观测.仿真结果表明:该方法能较好地实现对未知变量的跟踪.并通过对实际环形倒立摆系统的实时控制,验证了该方案的有效性,证明了所提方法具有良好的跟踪性能.     

基于变量融合的环形二级倒立摆模糊控制研究

为实现环形二级倒立摆系统的稳定控制,本文采用了变量融合方法降低模糊控制器维数,并通过仿真研究了量化因子与比例因子对控制效果的影响。仿真结果表明经变量融合后设计的仿真模型不但结构简单,而且控制效果良好。     

Furuta倒立摆的分岔与混沌动力学分析

利用Hopf定理和规范形理论,讨论了Furuta旋转倒立摆非线性数学模型的Hopf分岔特性。给出系统存在Hopf分岔的条件,讨论了周期轨道的稳定性,利用数值模拟,得到系统的相轨迹图,进一步验证分析过程的正确性。利用Silnikov定理,讨论了旋转倒立摆的混沌动力学特征。利用卡尔达诺公式和微分方程级数解讨论了该系统的特征值和同宿轨道的存在性,比较严格地证明了系统存在Smale马蹄意义下的混沌现象,并给出发生Silnikov型Smale混沌的条件。     

有约束复杂随动系统模型建立与控制研究

提出了一种有约束复杂随动系统--小碗摆球系统,并以小碗摆球系统为研究对象,针对有约束复杂随动系统的控制策略进行研究;利用拉格朗日动力学方法建立了小碗摆球系统的动力学模型。在讨论了系统能控和能观性的基础上分别采用鲁棒性双闭环PID控制和基于遗传算法的线性二次型最优控制进行了实际系统控制效果的实验对比,对比结果表明鲁棒性双闭环PID控制器具有更好的鲁棒性和瞬态特性,而遗传算法优化的线性二次型控制具有更好的动态特性。     

基于混沌优化的线性二次型控制方法在倒立摆中的应用

针对线性二次型最优控制器权矩阵难以选取的问题，提出一种基于Logistic混沌映射优化线性二次最优控制器权矩阵参数的方法。该方法利用了混沌运动的遍历性、随机性，通过所产生的混沌变量对权矩阵进行优化，并根据性能指标对权矩阵进行自动舍取。该方法成功实现了二级倒立摆的稳定控制，控制系统具有较好的鲁棒性。     

虚拟联合仿真平台下的非线性系统运动控制问题研究

本文结合机械领域的虚拟样机软件-ADAMS和当前使用最为广泛的数值计算软件-MATLAB，创建了一类典型的非线性自然不稳定系统-三级倒立摆的联合仿真平台。在此基础上，通过联合仿真研究被控对象在各种初始条件和参数条件下的运动控制问题，得到了非线性控制对象运动控制研究中的一系列结论。本文也为非线性系统的控制问题研究及控制理论验证提供了一种有效的途径。     

PID神经网络控制倒立摆的仿真探讨

提出倒立摆的PID神经网络控制策略,并设计控制结构,推导控制算法。最后在MATLAB下编写数字控制仿真程序,实现仿真,最终的仿真结果表明控制方案的有效性和正确性。     

环形倒立摆控制系统仿真设计

首先通过经典力学的动力学方法建立了环形倒立摆的数学模型，判断出系统能控，然后对其构建状态空间反馈进行极点配置，仿真结果表明了该控制算法的有效性。     

质心径向可变球形机器人多运动模式的运动特性对比研究EI北大核心CSCD

质心的径向变化使球形机器人具备重摆驱动与倒立摆驱动2种驱动模式,同时质心径向移动使运动状态呈现不同特点。将质心径向变化功能与非结构化环境中的任务需求相融合,对球形机器人实用性提升有重要意义。通过开展球形机器人在不同驱动模式、不同运动速度以及不同坡度情况下的运动实验分析,根据实验结果,基于控制系统的收敛速度、超调量、稳定性与响应速度4项控制性能指标、爬坡能力与转向能力2项运动能力指标以及能耗指标,分析总结了倒立摆驱动模式对球形机器人控制性能、运动能力以及能耗水平3类型运动特性产生的影响规律,同时构建了运动特性需求与质心径向位置的关联模型,为面向不同任务需求时质心径向可变球形机器人驱动模式与质心位置的选择提供依据。     

非线性悬吊质量摆对输电塔减振控制的研究

针对悬吊质量摆减控制研究中小摆角线性分析的局限性,本文提出考虑悬吊质量摆大摆角非线性特性来计算结构体系动力响应的方法,将传统分析中的悬吊质量摆的线性刚度修正为非线性。以一输电塔为例,通过线性和非线性计算结果对比可知,当摆角过大时线性计算方法不满足线性小摆角条件,而非线性计算方法则可很好模拟质量摆在大摆角下的响应。通过参数分析讨论了正弦激励周期、摆长及质量比对输电塔减震率的影响。选取三条不同场地地震记录,计算输电塔附加质量摆体系的地震响应,结果表明在不同场地条件下,输电塔均具有明显的减震效果。