三级倒立摆的自动摆起与稳定控制

采用非线性逆系统轨迹控制实现三级倒立摆的自动摆起,并设计了变增益LQR控制器将其稳定在竖直倒立位置.首先,三级倒立摆从静止下垂状态摆起到竖直倒立位置的过程,从数学角度看是一个两点边值问题,通过求解该两点边值问题获得摆起的标称轨迹,利用逆系统方法设计前馈控制,同时结合增益调度反馈控制使摆起过程稳定;其次,在稳定控制阶段,...     

基于Lie理论的倒立摆系统的控制算法研究

该文通过能量反馈和最优控制相结合的方法实现倒立摆系统的自摆起和稳定控制。在摆起阶段采用能量反馈方法实现快速摆起，而在平衡稳定控制阶段，采用一种非线性系统微分几何方法一李理论，对倒立摆系统进行近似线性化，此种线性化方法使模型更多包含原系统主要的非线性部分，更能逼近实际系统，针对采用李理论得到的近似线性化模型，对倒立摆系统进行最优稳定控制设计。仿真和实时控制试验结果表明，文中提出的李理论近似模型线性化方法对于控制器设计结果是有效的，而且采用的能量反馈和最优控制相结合的联合控制策略能够成功实现倒立摆系统的自摆起和稳定控制过程。     

二级倒立摆摆起控制的研究

通过对二级倒立摆系统的理论分析，研究二级摆从自然悬垂位置摆到倒立点位置的摆起控制问题，提出了基于动态设计变量优化算法的复杂非线性系统控制策略．仿真实验证明，该策略可成功地实现圆轨和直轨两种二级倒立摆的摆起控制，并且算法具有较快的收敛速度和较高的计算精度．     

车轨长度受限的并行双摆能量控制

采用牛顿-欧拉方法建立并行二级倒立双摆系统的数学模型.针对车轨长度受限的并行二级倒立摆系统,本文提出了一种基于能量控制思想和直接李雅普诺夫函数方法的摆起控制策略.所设计的控制器保证了小车的速度收敛到零和摆杆在达到垂直向上的位置时摆杆的能量为零.同时,它能实现对并行双摆的稳摆控制.控制器简单易行,参数调节方便.在并行二级倒立摆摆起控制器设计的基础上,简述了三级车摆的摆起控制器设计过程.最后,通过计算机仿真验证了控制方法在工作效率和抗干扰方面能保持良好的控制性能.     

倒立摆系统的自摆起和稳定控制

为了实现一级倒立摆系统自摆起和稳定控制，该文采用了最优控制与PID控制相结合的控制方法。首先，采用Bang—Bang控制理论设计开环时间最优控制器，实现倒立摆的平稳快速摆起，同时设计经典PID控制器控制小车位置；然后采取线性二次型最优控制理论设计LQR控制器，将倒立摆稳定在平衡位置。计算机仿真和倒立摆系统实时仿真表明，文中提出的控制策略和控制算法得到了很好的验证，取得了满意的效果。     

非线性倒立摆系统平衡点反馈控制参数的优化计算

本文基于圆轨倒立摆非线性系统模型,建立了平衡点状态反馈控制参数的高精度优化算法,编制计算程序确定出反馈控制参数,并对圆轨倒立摆平衡点的实例控制.与将系统线性化后的反馈参数的计算分析相比,本文研究方法具有较大平衡范围.仿真与实例平衡控制都表明了本文研究方法的可行性.     

基于混合遗传算法的力矩受限圆轨二级倒立摆摆起控制

为了实现力矩受限时圆轨二级倒立摆非线性系统的摆起控制,提出了一种新的开环优化控制策略.该策略通过在规定的时间内向系统施加一前馈控制序列,使上、下摆杆从自然悬垂位置摆到倒立点位置并使速度为零.为了获得最优摆起控制序列,采用混合遗传算法进行优化计算,通过编码操作解决控制力矩受限问题.仿真实验证明,该策略是有效和可行的,并为其他非线性多变量系统的控制提供了有效方法.     

切换控制在倒立摆系统摆起和镇定中的应用

本文针对一级直线型倒立摆对象,基于非线性共振原理和线性二次型最优状态反馈控制,提出了一种基于状态的切换控制策略,实现了倒立摆的快速摆起和镇定。最后通过仿真实验表明,本文提出的方法对一级直线型倒立摆系统的摆起和镇定具有较好效果。     

基于鲁棒H∞理论的三级倒立摆控制系统研究

为了研究三级倒立摆的鲁棒控制方法,设计出三级倒立的状态反馈H∞控制器。仿真结果表明三级倒立摆具有良好的鲁棒稳定性、鲁棒性、抗干扰性,实现了对三级倒立摆的稳定控制。同时运用了状态空间极点配置法和LQR最优控制法,分别设计出针对三级倒立摆的控制器。经比较研究：采用状态反馈H∞方法设计的三级倒立摆控制器的控制效果非常好,使其具有较小的振荡和超调量,倒立摆起摆迅速,稳定控制性能优良。     

基于能量控制与近似输出调节的二级倒立摆起摆和跟踪控制

二级倒立摆是一个典型的欠驱动非线性系统,其控制问题具有一定的挑战性.为了解决时变参考信号下二级倒立摆的起摆和跟踪控制问题,本文提出了一种基于能量控制与近似输出调节方法的起摆和三阶控制器设计方案.首先,采用能量控制方法将第1级摆杆从下垂位置摆起到倒立位置附近;其次,采用滑模控制方法将第1级摆杆稳定在倒立位置,同时,采用等效小车与能量控制相结合的方法将第2级摆杆摆起到倒立位置附近;最后,采用基于近似输出调节理论的多项式近似方法设计三阶控制器实现二级倒立摆的位置跟踪控制.仿真和实验结果均验证了该控制方案的有效性.     

三级倒立摆的LQR方法优化参数控制

倒立摆是智能控制的理想对象。使用拉格朗日方程建立三级倒立摆系统的非线性数学模型,在平衡点处对其线性化,利用LQR（Linear Quadratic Regulator）最优控制理论,导出控制规律。通过对三级倒立摆一系列稳定摆动和加扰实验仿真曲线的分析,明确了加权矩阵Q中各权系数对系统稳定性控制的重要性,由此来优化权系数的选择。实验表明,系统显示出较好的鲁棒性和动态性能。     

二级倒立摆DU2UD的非线性控制研究

二级倒立摆的两根摆杆有4个平衡点：Down Down、Down Up、Up Down、Up Up。针对旋转二级倒立摆从Down Up平衡态转换到Up Down平衡态的大范围非线性欠驱动控制问题(DU2UD),应用基于动觉智能图式的仿人智能控制理论,将DU2UD控制任务分解为初始扰动、摆起控制、姿态整定、稳摆控制4个子任务,并设计出各自关联图式、运动图式(控制器),构成多控制器与多控制模态的仿人智能控制器结构,并进行了实时控制实验,验证了所述方法的有效性。     

环形一级倒立摆摆起及稳定控制研究

本文通过拉格朗日方程推导出环形一级倒立摆系统的数学模型,用能量方法对该模型进行摆起控制;在倒立摆成功摆起后,在倒立平衡点对系统模型进行线性化,并用线性二次型最优控制(LQR)算法对倒立摆线性化模型进行稳定控制。仿真结果表明本文给出的控制方法是有效的。     

环型二级倒立摆的控制研究与实现

通过分析环型二级倒立摆系统的动力学特性,将系统的状态空间方程在“倒立”的 平衡点附近进行线性化处理,应用线性二次型最优控制策略,对环型二级倒立摆进行控制器 的设计与仿真实验,并成功地将所设计的控制器应用到实际的环型二级倒立摆系统上,使其 稳定地平衡在“倒立”状态．所做应用与实际实验在国内尚未见到报道．     

圆轨单级倒立摆摆起过程控制

研究圆轨单级倒立摆摆起控制问题，以离散控制律为设计交量，以终点约束条件为目标函数，提出了倒立摆摆起控制律的优化算法。对控制律进行编程计算，成功地实现了圆轨单级倒立摆的快速摆起。仿真计算结果表明了所提出方法的有效性和可行性。     

一类小车倒立摆的起摆稳摆时滞控制研究

主动控制中不可避免地存在时滞现象.本文研究了一级小车倒立摆由起摆到稳摆的时滞切换控制,包括非线性时滞起摆控制和线性时滞串级PD控制两种控制方法.为分析时滞对系统瞬态时域性能的影响,本文使用含时滞的线性表达式对特定运动时刻的Lyapunov函数导数进行近似,得到了时滞影响系统能量输入的简单判别式,发现时滞可优化非线性起摆控制阶段的能量输入.同时,使用定积分法分析了稳摆阶段的稳定性,得到了时滞的稳定性区间.针对本文所研究的小车倒立摆系统,综合起摆阶段和稳摆阶段的时滞取值范围,以引入适当的时滞,可以同时实现优化瞬态时域特性和稳定性的效果.     

Stabilization of the inverted pendulum around its homoclinic orbit

The inverted pendulum has been used as a benchmark for motivating the study of nonlinear control techniques. We propose a simple controller for balancing the inverted pendulum and raise it to its upper equilibrium position while the cart displacement is brought to zero. The control strategy is based on an energy approach of the cart and pendulum system.