基于状态反馈控制的倒立摆系统分析和设计

针对多输入多输出的倒立摆系统平衡控制,利用牛顿一欧拉方法建立了直线型一级倒立摆系统的数学模型.在分析的基础上,采用状态反馈控制中极点配置法设计了用于直线型一级倒立摆系统的控制器.通过采用MATLAB仿真及其对实际系统的调试验证,表明了该控制器的设计是合理的.     

基于HCMAC与PID复合控制的倒立摆控制系统

倒立摆控制系统是一个复杂的、不稳定、非线性系统,是进行控制理论研究的理想实验平台。针对单级倒立摆的平衡控制问题,提出了基于HCMAC(超闭球小脑模型关节控制器)与PID的复合控制方案,给出了倒立摆控制系统的数学模型和控制算法。通过仿真实验研究,证明了HCMAC与PID的复合控制比传统PID控制有更好的控制效果,适用于非线性实时控制。     

基于T-S模糊模型的倒立摆

用牛顿力学方法建立了直线一级倒立摆的非线性数学模型,并基于倒立摆系统的状态方程,用Matlab对系统进行定性分析。采用极点配置法、LQR设计了控制器,并分析了参数对系统控制的影响。针对倒立摆的非线性,研究了非线性控制方法中变结构控制的基本思想,并设计了控制器。     

LQR在单级倒立摆系统中的应用

单级倒立摆控制是一个即复杂而又对准确性、快速性要求很高的非线性不稳定系统控制问题。单级倒立摆数学模型的建立对研究其稳定性具有指导作用。针对多变量、非线性、强耦合性的倒立摆系统,运用牛顿动力学方法建立其动力学方程,并进行线性化处理,得到状态空间模型。然后对该模型分别进行LQR控制,在MATLAB环境下进行仿真。实验结果表明,二次型最优控制具有良好的响应性能和算法简单等特点,在实际应用中具有重要意义。     

二级倒立摆系统的模糊控制

倒立摆系统作为一种典型的实验装置,它具有高阶次、非线性、不稳定、多变量、强耦合等特点,可以很好的验证控制理论,并且与工程中的控制对象具有类似的结构。文中采用模糊控制研究二级倒立摆系统的实时控制问题,设计模糊控制器控制倒立摆系统的稳定。实践证明,模糊控制方法控制二级倒立摆系统的稳定是可行的。     

倒立摆系统的智能控制算法研究

倒立摆系统是一种典型的控制系统模型,能够将实际与理论相结合,可以开发出新的控制算法来应用在系统模型之上。采用模糊控制算法研究二级倒立摆系统的控制问题,设计模糊控制器控制倒立摆系统的稳定。实践证明,模糊控制算法对二级倒立摆系统是可行的。     

倒立摆模糊控制器研究

倒立摆系统是一个典型的多变量、非线性、强耦合和快速运动的自然不稳定系统,作为一个典型的控制对象,一直受到不少专家学者的关注与研究。通过推导和分析倒立摆的数学模型,主要讨论了模糊控制器的设计与仿真。仿真结果表明,模糊控制器能对倒立摆进行很好的控制。     

基于倒立摆的PID控制算法的研究

建立了直线一级倒立摆的数学模型,设计出倒立摆系统的PID控制器,并使用“稳定边界法”快速整定了PID算法的控制参数,最后通过Matlab／Simulink进行了仿真实验。结果指出PID算法能够有效控制倒立摆的摆杆角度。     

自平衡机器人的模糊-PD控制

由于自平衡机器人是一种两轮左右平行布置的机器人,像传统的倒立摆一样,它的本身是一个自然不稳定体,必须要施加强有力的控制手段才能使之稳定.为了提高两轮自平衡机器人设计的可靠性,针对不稳定、非线性、强耦合的两轮自平衡机器人系统,运用牛顿力学方法建立了转向运动的数学模型.在模型中建立了模糊控制器,并用模糊控制加比例控制的方法...     

模糊控制在二级倒立摆系统中的应用

针对倒立摆系统的非线性、不稳定的控制问题,推导了二级倒立摆系统的数学模型和状态空间表达式,对倒立摆系统在平衡点附近进行了可控性分析,提出了一种基于模糊控制器进行控制的方法,建立了相应的控制规则。实验结果表明,该系统具有鲁棒性、稳定性好的特点。     

Balancing control of a single-wheel inverted pendulum system using air blowers: Evolution of Mechatronics capstone design

Inverted pendulum systems are one of typical control systems suitable for cross-disciplinary education. This article delivers the historical evolution of inverted pendulum systems as Mechatronics capstone design projects for undergraduate students. A wheeled inverted pendulum system is quite a challenging and interesting system to appeal students as a design project. Several design examples from two-wheel to one-wheel inverted pendulum system are elaborated. As a current design, a one-wheel inverted pendulum system which is our main contribution, is presented to deliver novel ideas of using air power to balance the system. The roll angle is regulated by air pressure generated from ducted fans while the pitch angle is controlled by a dc motor. Air pressure is controlled by linear control methods to keep the balancing in the roll direction. Experimental studies demonstrate the successful balancing performance.     

基于扩张状态观测器的直线倒立摆状态反馈控制研究

针对直线倒立摆的控制问题,利用拉格朗日方法对实际物理模型进行线性化处理建立数学模型,为了提高控制精度,将不确定外扰和未建模动态视为一个综合扰动项,运用扩张状态观测器对系统状态和综合扰动项进行观测,设计了基于扩张状态观测器的直线倒立摆状态反馈稳摆控制器;用能量反馈方法和bang-bang控制器实现倒立摆起摆到稳摆的切换。通过无干扰和有干扰状态直线倒立摆起摆到稳摆过程的实验研究,表明系统能够有效的抑制外界干扰,具有较强的鲁棒性。     

悬臂式倒立摆H_∞控制设计及仿真

针对旋臂式倒立摆的稳定控制问题,建立了二阶旋臂式倒立摆系统的数学模型,运用连续系统线性鲁棒H∞最优控制理论,通过设计旋臂式倒立摆控制系统的鲁棒调节器,使倒立摆系统在闭环状态下稳定并具有较强的鲁棒稳定性。运用Matlab进行仿真,通过与传统线性二次型最优控制配置方法相比较,结果发现鲁棒H∞最优控制效果更好。     

基于单片机实现的二级倒立摆控制系统

倒立摆控制系统是一个典型的多阶次、强耦合的时变复杂系统,并且系统阶次高,且存在一定的非线性因素,使得倒立摆系统难以用精确数学模型描述。用经典法设计控制器存在较大的局限性。分析倒立摆控制系统的运动模态,根据人控制倒摆的经验,得到倒立摆系统的控制规律。并利用MCS 52单片机对倒立摆实施控制,实验结果表明该方法控制精度高,能满足预期目的。     

嵌入式组合控制直线一级倒立摆系统

倒立摆系统广泛应用于对各种控制理论和控制策略的正确性和有效性的检验。针对固高公司直线一级倒立摆系统,提出一种嵌入式组合控制直线一级倒立摆系统。在线仿真实验表明,该系统达到了自动、安全的效果。分析系统响应曲线可知,嵌入式组合的控制算法正确、有效。     

Baggage Transportation and Navigation by a Wheeled Inverted Pendulum Mobile Robot

Our goal is to configure an automatic baggage-transportation system by an inverted pendulum robot and realize a navigation function in a real environment. The system consists of two cooperative subsystems: a balancing-and-traveling control subsystem and a navigation subsystem. Position errors of the inverted pendulum robot are often caused by a drift error in the gyro sensor and a change in the center of gravity by a loaded baggage when applying the linear state feedback control method for balancing and traveling. We have reduced the position errors for navigation by resetting the balance position occasionally while traveling with simple methods without an external observer or alternative sensors. In this paper, we state the method and show the experimental results of navigation in a real environment by the implemented robot system.