基于自由摆的平板控制系统设计

采用重力加速度传感器及线性电阻角度传感器来检测摆动时平板及摆杆角度的变化,利用拨码开关可控制预设功能,单片机根据摆杆与重垂线之间的摆角计算出平板的旋转方向及角度,从而控制步进电机实现对平板运动状态的精确控制,很好地实现了硬币在摆杆摆动过程中保持稳定叠放状态及激光笔对靶纸预设位置的动态跟踪照射等设计功能。     

倒立摆的一种模糊控制方法

提出一种模糊控制方案,实现对倒立摆系统的平衡控制.针对倒立摆系统多变量的特性,采用双模糊控制器方案,分别对摆杆倾角和小车位移设计模糊控制器,大大降低了设计难度;为了实现对摆角和位移双重控制的功能,采用两个控制器轮流控制的策略,当摆角偏差或角速度值较大时,摆角控制器起作用,保持摆杆的垂直,反之,位移控制器起作用,调整小车位置不越界.在实际的物理设备上进行了实时控制实验,实验结果验证了方案的正确性和有效性.     

风力摆运动控制系统设计

系统以32位的MK60 DN256 ZVLL10单片机为核心,通过运动处理传感器MPU6050测量风力摆在三维空间的位置,控制安装在摆杆底端的4个轴流风机使得风力摆运动.在风力摆正下端置一激光笔,根据MPU6050的反馈数值及三角函数运算,运用两个独立PID算法,控制风力摆做直线或圆周运动,且在圆周运动时使风力摆受到50～60W台扇在水平方向吹风的干扰后,可以5s内恢复运动轨迹.实验数据表明:风力摆能够在15 s内,完成设定的直线运动,轨迹误差小于±0.5 cm;能够在20 s完成设定半径的圆周运动,轨迹能够在设定半径±2.5 cm的圆环内.     

电磁控制运动装置设计

设计一种电磁控制运动装置,通过安装在摆杆上的角度传感器SCA100实时测量摆杆角度,单片机将测量角度与给定角度比较通过PID算法计算出控制量来调节输出PWM波的占空比,经过L298N驱动电路后实现对电磁铁线圈电流控制,进而调节电磁力的大小完成对设定的摆杆摆角与周期的控制。装置能够实时显示摆角、预置摆角、测量周期、预置周期。     

电磁控制运动装置设计

设计一种电磁控制运动装置,通过安装在摆杆上的角度传感器SCA100实时测量摆杆角度,单片机将测量角度与给定角度比较通过PID算法计算出控制量来调节输出PWM波的占空比,经过L298N驱动电路后实现对电磁铁线圈电流控制,进而调节电磁力的大小完成对设定的摆杆摆角与周期的控制。装置能够实时显示摆角、预置摆角、测量周期、预置周期。     

倒立摆系统可线性化建模条件及稳定控制的研究

对单级倒立摆系统进行线性化建模,在初始摆角为5°的条件下采用了LQR和PD两种控制算法进行了稳定控制,都取得了良好的控制效果.在初始摆角从0°到-20°变化时,以步长为-4°进行了递推运算,分别得到了两组仿真曲线图,实验证明,两种控制算法的可线性化建模条件为|θ(0)|≤8°否则系统将呈现明显的非线性特性,线性化模型将很不准确,最后从实现稳定控制和可线性化建模条件两方面出发得出,PD控制优于LQR控制.     

基于DSP实现的一阶倒立摆控制

倒立摆是控制领域中典型的被控对象。本文通过智能控制算法实现倒立摆的起摆控制。当摆杆的角度进入稳定区域时,通过PID控制算法使摆杆稳定。整个控制过程由基于DSP(DigitalSignalProcessor)为核心的控制器来实现。经过实物检验,成功地实现了一级倒立摆的稳摆和起摆控制。     

基于单片机的电磁控制运动系统

系统以单片机STC89C52RC主控核心,STC89C52RC根据预置摆角和周期值输出一定占空比的PWM脉冲波,通过L298N驱动调节电磁铁电压,实现对摆杆摆角与周期的控制。同时应用摆杆支撑轴悬挂的角度传感器SYD35D4输出的模拟电压信号,经A/D转换电路MAX1113转换为数字信号,送至单片机处理后,最终在LCD上直观显示测量摆角、预置摆角、测量周期、预置周期。     

非线性倒立摆系统的起摆和稳摆控制

介绍了基于数字信号处理器(DSP)控制直线型倒立摆系统的总体结构和工作原理,通过智能控制算法实现倒立摆的起摆控制。当摆杆的角度进入稳定区域时,通过线性二次型调节器(LQR)控制算法使摆杆稳定,并建立了电机电压与输出力矩之间的简单对应关系。实验表明,系统的稳定性好,抗干扰力强,而且采用DSP控制,有利于系统的小型化。     

基于FPGA的模糊逻辑控制器的硬件实现

提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的模糊逻辑控制器的硬件实现方法,并将其用于倒立摆控制系统。实验研究表明,在倒立摆倾角小于10°时,软件或硬件控制效果相当,在倾角大于10°时硬件模糊控制器的控制效果明显优于软件模糊控制器的控制效果,而且前者的抗扰动性能更好。当倾角大于30°时,由于机械性能方面的原因,倒立摆的稳定性有所降低。因此,采用该方法不仅快,而且是一种足以灵活完成数字模糊控制器的方法。该设计方法稍加修改亦可应用于其他控制场合,具有良好的通用性。     

Systematic design method of stabilization fuzzy controllers for pendulum systems

A systematic method to construct stabilization fuzzy controllers for a single pendulum system and a series-type double pendulum system is presented based on the single input rule modules (SIRMs) dynamically connected fuzzy inference model. The angle and angular velocity of each pendulum and the position and velocity of the cart are selected as the input items. Each input item is given with a SIRM and a dynamic importance degree. All the SIRMs have the same rule setting. The dynamic importance degrees use the absolute value(s) of the angle(s) of the pendulum(s) as the antecedent variable(s). The dynamic importance degrees are designed such that the upper pendulum angular control takes the highest priority and the cart position control takes the lowest priority when the upper pendulum is not balanced upright. The control priority orders are automatically adjusted according to control situations. The simulation results show that the proposed fuzzy controllers have high generalization ability to completely stabilize a wide range of single pendulum systems and series-type double pendulum systems in short time. By extending the architecture, a stabilization fuzzy controller for a series-type triple pendulum system is even possible. © 2001 John Wiley & Sons, Inc.     

一级倒立摆状态反馈控制系统设计

倒立摆控制系统是一个复杂的、不稳定的、非线性系统,对倒立摆系统的研究能有效的反映控制中的许多典型问题。对一级直线型倒立摆,首先运用牛顿运动定律建立倒立摆系统的运动方程,进而求出系统的状态空间表达式,建立数学模型。其次运用状态反馈极点配置法,以小车的位移、速度,摆杆与竖直向上的偏角、摆角变化速度作为四个状态变量,由给定的控制要求求出状态反馈增益矩阵,将极点配置在控制要求的位置。另外考虑到系统的某些状态如小车速度和摆杆角速度不容易直接测量等,本文分别基于小车和摆杆子系统设计了两个全维观测器,分别对状态量进行了重构并给出了仿真结果分析。     

基于滑模控制的3D刚体摆姿态稳定性

研究3D刚体摆姿态稳定性的滑模控制问题.3D刚体摆由一个刚体绕一固定且无摩擦的支点旋转,刚体受到恒重力作用且具有三个转动自由度.针对3D刚体摆平衡位置处的姿态稳定控制问题,设计了滑模控制器并分析了角速度和姿态的渐进稳定性.由Lyapunov直接法找出了各个滑模系数取值的充分条件,并通过数值仿真实验验证了滑模控制方法的有效性.     

Neural network control for position tracking of a two-axis inverted pendulum system: experimental studies.

In this paper, experimental studies of a decentralized neural network control scheme of the reference compensation technique applied to control a 2-degrees-of-freedom (2-DOF) inverted pendulum on an x - y plane are presented. Each axis is controlled by two separate neural network controllers to have a decoupled control structure. Neural network controllers are applied not only to balance the angle of pendulum, but also to control the position tracking of the cart. The decoupled control structure can compensate for uncertainties and cancel coupling effects. Especially, a circular trajectory tracking task is tested for position tracking control of the cart while maintaining the angle of the pendulum. Experimental result shows that position control of the inverted pendulum and cart is successful.     

基于SPI接口的单摆控制系统的设计与实现

介绍一种由高精度角度传感器测量、电磁装置控制的单摆运动系统,用户可以按需求设定单摆的周期或最大摆角,控制系统通过接收和处理角度传感器的信息,自动调整单摆的运动状态,从而达到预先设定的控制要求.该系统具有有结构简单、测量方便、调整速度快,角度误差小等特点.可根据不同需要应用于各种倾角以及运动姿态测控系统中.     

基于Freescale MCU和多传感器的自由摆平板控制系统设计

根据单摆的工作特性,设计了基于Freescale MCU和多传感器的自由摆平板控制系统。整个系统主要由摆架框架、数据采集模块、主控系统、驱动模块四大部分组成。数据采集模块使用高精度、低量程的角度传感器;主控板以的飞思卡尔内核处理器为控制核心,采用直流电机作为执行单元。系统的软硬件设计都采用了模块化的设计思想。该系统能实现装在自由摆上的平板的旋转运动以及不同的摆幅和不同配重条件下的控制平板平衡功能。通过对系统进行性能测试,测试结果表明,系统性能良好。     

基于MMA7260的自由摆平板控制系统设计

自由摆控制系统在基础物理研究、仿人智能控制及医疗手术器械等领域有着重要的应用,同时它也是控制领域中的一个经典实验对象,可为自动控制理论的教学、实验和科研提供良好的实验平台。以S12XS128微控制器作为系统的控制核心,采用了模块化的设计思想进行系统的软硬件设计,对于关键的采集传感部分,选用MMA7260倾角传感器测量水平方向倾角,该传感器灵敏度高且可调、重复性好且输出信号便于与单片机接口。微控制器根据倾角传感器采集的数据精确控制步进电机的运动,完成平板旋转运动和不同配重条件下的控制平板平衡功能。测试结果表明,该方法能够很好地完成检测功能,实现了平板平衡的高精度控制。     

倒立摆的自抗扰解耦控制方法研究

针对高阶次、多变量、强耦合的倒立摆系统,提出了基于自抗扰解耦控制方法对其进行控制。该方法采用双通道复合控制的方式,突破摆角和小台车相耦合作用的定位控制难点,完成摆角和小台车精确定位控制。采用该方法无需进行精确的输入变量与输出变量配对,只需要对控制作用的耦合矩阵进行静态解耦,分别构建控制通道。对于模型摄动造成的影响和各子对象间的动态耦合作用可由状态观测器（ESO,extended state observer）来估计并反馈到控制器以进行补偿。最终通过调节控制系统的相关参数,达到摆角和小台车位移相耦合作用的定位控制。仿真结果表明：该方法能够完成摆角和小台车位移相耦合作用的定位控制,瞬态性能和稳态性能好,超调量小,具有良好的控制效果。     

单神经元PID倒立摆系统

为解决双PD倒立摆控制器参数不可调的难题,利用单神经元PID控制算法简单、权值可调的特点,针对倒立摆系统,设计出基于小车位移和摆杆摆角两个回路的单神经元PID控制器。通过仿真实验研究,证明了该控制方案的可行性和有效性。最后,将该控制方案与目前常使用的双PD控制及LQR控制进行了比较。