二级倒立摆的鲁棒建模及其鲁棒H∞最优控制

针对倒立摆系统本身存在的大量不确定性因素，建立其不确定数学模型。苦于最优控制的思想，针对二级倒立摆的参数摄动及干扰，设计了鲁棒H∞最优控制器，并在二级倒立摆实验装置上进行控制。实验结果表明；用鲁棒H∞最优控制器的二级倒立摆系统，具有很强的鲁棒稳定性和抗干扰性。     

二级倒立摆状态反馈控制器设计优化方法

设计了一种二级倒立摆的状态反馈控制器。研究了一种基于单纯形算法的参数优化方法。首先给出了二级倒立摆系统模型并分析了系统特性,设计了状态反馈控制器,提出基于ITAE(Integrated Time&Absolute Error)性能指标应用单纯形优化方法对状态反馈控制参数进行优化设计,以快速准确地得到状态反馈阵,并利用固高GLIP2002型直线倒立摆系统进行仿真分析和二级倒立摆系统控制实验,实现了二级倒立摆优化控制。提出的一种如何寻找使系统稳定且具有较好性能的状态反馈控制参数这一控制领域重要问题的解决方法,避免了极点配置法手动试凑方法调试参数困难的问题,对非线性、强耦合运动体的控制具有理论意义和应用价值。     

基于PSO的二级倒立摆LQR最优控制器设计

根据微粒群算法的随机性、快速性、易于实现性等优点,针对LQR在二级倒立摆最优控制设计过程中对加权矩阵Q、R选择的盲目性,研究了基于PSO的LQR最优控制器的设计方法,该方法利用PSO算法的启发式全局优化特点对Q、R阵进行寻优,然后得到状态反馈控制律K。并设计了基于该方法的二级倒立摆的最优控制器,通过和基于遗传算法的LQR最优控制器比较,仿真结果表明：该方法所设计的最优控制器能使系统的响应时间更快,超调量更小,对二级倒立摆的控制效果更理想。     

旋臂式倒立摆的控制设计与仿真

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,运用连续系统线性二次型最优控制理论,设计了旋臂式倒立摆控制系统的线性二次型调节器,使倒立摆系统在闭环状态下稳定。运用Matlab进行仿真,通过与传统的极点配置方法相比较,发现最优控制效果更好。     

单级旋转倒立摆的建模与控制仿真

本文介绍了单级旋转倒立摆系统的构成和数学模型，根据倒立摆系统的数学模型在Matlab环境下设计了两种控制器，并进行仿真。仿真结果表明了最优控制策略LQR控制器的控制效果要优于闭环状态反馈极点配置调节器。     

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。     

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．     

二级倒立摆系统的实时稳定控制实验研究

为实现二级倒立摆系统的实时稳定控制,以深圳固高直线二级倒立摆装置作为控制对象,在MATLAB环境下,利用基于二次型最优控制理论的线性二次型(Linear Quadratic Regulator,LQR)最优控制器,成功实现了该装置的实时稳定控制。为引入新的控制策略,采集二级倒立摆实时控制过程中的LQR控制器数据作为样本,经过自适应神经模糊推理系统(Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System,ANFIS)工具箱训练并生成出一种新型模糊神经网络控制器,应用到装置上同样实现了实时平衡。结果表明,新型控制器较LQR控制器控制效果更优,也为成功实现装置的实时平衡提供了一种新的思路和解决方法。     

环型二级倒立摆的控制研究与实验

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”的平衡点会近进行线性化处理，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形二级倒立摆系统上，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。     

指定极点区域的H-设计方法及实例研究

本文提出了一种综合考虑闭环动态性能,鲁棒性及控制器本身稳定性的指定极点区域的H~∝设计方法,给出了利用实参数寻优求解最优控制器的方法。并用这种方法设计了一个倒立摆平衡控制器。仿真研究结果表明,与LQ和常规H~∞设计方法相比,按本文所提出的设计方法得到的控制器具有鲁棒稳定能力强,闭环动态性能良好及控制器稳定等优点,具有很好的应用前景。     

A suboptimal controller for minimun sensitivity of closed loop eigenvalues to parameter variations

The design of a suboptimal controller for linear time invariant multivariable systems, which assigns the closed loop eigenvalues at desired locations and minimizes their sensitivity with respect to plant parameters, is outlined. The dominant open loop poles are shifted in groups employing a dyadic structure of state feedback for each group. Freedom available in choosing the constants of proportionality of the different rows of the dyadic matrices is used for eigenvalue sensitivity minimization. Since the final controller matrix is the sum of different dyadic matrices, the sensitivity of the final closed loop poles can be made less than that obtained by shifting all the dominant eigenvalues in one stage using unity rank feedback. An example illustrating the design method is given.     

一种新的离散系统最优闭环极点配置方法

分析了LQ逆问题解的存在条件,以便合理选择期望的闭环极点,使之成为一组最优极点．提 出了一种以离散系统LQ逆问题分析为基础的新的最优控制系统设计方法,得到了开环、闭环 特征多项式系数与加权矩阵之间的解析关系,只要给定一组期望闭环极点,即可确定与 之对应的加权矩阵Q和R,从而得到一个具有指定极点的最优控制系统．     

A Suboptimal Shifting Based Zero-pole Placement Method for Systems with Delays

An appropriate setting of eventual controller parameters for a derived controller structure represents an integral part of many control design approaches for dynamical systems. This contribution is aimed at a practically applicable and uncomplicated controller tuning method for linear time-invariant time delay systems (LTI-TDSs). It is based on placing the dominant poles as well as zeros of the given infinite-dimensional feedback control system by matching them with the desired ones given by known dynamical properties of a simple fixed finite-dimensional model. The desired placing is done successively by applying the Quasi-Continuous Shifting Algorithm (QCSA) first such that poles and zeros are forced to be as close as possible to those of the model. Concurrently, rests of both system spectra are shifted to the left as far as possible to minimize the spectral abscissa. The obtained results are then enhanced by a non-convex optimization technique applied to a selected objective function reflecting the distance of desired model roots from the eventual system ones and the spectral abscissae. Retarded LTI-TDS are primarily considered; however, systems with neutral delays are touched as well. The efficiency of the proposed method is proved via numerical examples in Matlab/Simulink environment. Some drawbacks and possible improvements or extensions of the algorithm for the future research are also concisely suggested to the reader.     

一类具有输入时滞的时变离散系统的预见控制

针对一类具有输入时滞的时变离散系统,研究其预见控制问题.利用差分算子的性质,对系统的输入时滞项和目标信号进行差分处理,构造包含目标信号但不含时滞的扩大误差系统.基于最优控制和预见控制的相关理论,得到了扩大误差系统带有预见前馈补偿的控制器.进一步,利用矩阵分解方法,将高阶Riccati方程进行降阶处理,从而得到原时滞系统的预见控制器.最后通过仿真实例验证了所提出方法的有效性.     

一种新的最优极点配置方法

本文从LQ逆问题着眼提出了一种新的最优极点配置方法,推导了加权矩阵Q和R与开环特征多项式、最优闭环特征多项式之间的关系。只要给定一组期望的闭环极点,即可确定与之对应的加权矩阵Q和R,从而得到一个具有指定极点的最优控制系统。     

An admittance shaping controller for exoskeleton assistance of the lower extremities

We present a method for lower-limb exoskeleton control that defines assistance as a desired dynamic response for the human leg. Wearing the exoskeleton can be seen as replacing the leg’s natural admittance with the equivalent admittance of the coupled system. The control goal is to make the leg obey an admittance model defined by target values of natural frequency, peak magnitude and zero-frequency response. No estimation of muscle torques or motion intent is necessary. Instead, the controller scales up the coupled system’s sensitivity transfer function by means of a compensator employing positive feedback. This approach increases the leg’s mobility and makes the exoskeleton an active device capable of performing net positive work on the limb. Although positive feedback is usually considered destabilizing, here performance and robust stability are successfully achieved through a constrained optimization that maximizes the system’s gain margins while ensuring the desired location of its dominant poles.     

配置区域极点的约束方差动态输出反馈控制

在随即控制问题中,控制系统的稳态状态方差及闭环极点是分别表征控制系统稳、暂态特 性的两个重要性能指标.这里所研究的是,设计一个动态输出反馈控制器,使闭环系统的稳态 状态方差不大于允许的上界,同时闭环极点位于期望的圆形区域中.文中给出了期望控制器 的存在条件及其解析表达式,并提供了相应的数值例子.     

一类工业过程运行反馈优化控制方法

为了克服流程工业运行优化中控制回路闭环系统的动态误差对运行优化性能的影响,本文针 对一类工业过程提出了使运行指标实际值与目标值偏差和控制回路输出与设定值跟踪误差的二次性能 指标极小化的运行优化反馈控制方法. 该方法由运行层设定值反馈控制和回路控制层设定值跟踪控制组成,其中设定值反馈控制采用基于LMI的 模型预测控制,回路控制采用衰减率可调的带有积分项的状态反馈调节律. 本文给出了保证运行优化反馈控制闭环系统渐近稳定的充分条件,并开展了浮选过程运行优化反馈控制仿 真实验,实验结果表明所提方法的有效性.     

二级倒立摆的二次型最优控制研究

倒立摆系统以其自身的不稳定性而难以控制，也因此成为自动控制实验中验证控制策略优劣的极好的实验装置。针对二级倒立摆系统的平衡控制问题，对其进行数学建模，应用二次型最优控制理论设计了控制器。仿真结果表明，二次型最优控制对于典型非线性自不稳定系统有着很好的控制能力。     

A PI/PID controller for time delay systems with desired closed loop time response and guaranteed gain and phase margins

In this article we present a graphical tuning method of PI/PID controller for first order and second order plus time delay systems using dominant pole placement approach with guaranteed gain margin (GM) and phase margin (PM). The stability equation method and gain phase margin tester have been used to portray constant GM and PM boundaries. The PID controller parameters have been obtained for different dominant poles and plotted graphically in the parameters plane of controller within the specified GM and PM regions. To demonstrate the effectiveness and confirm the validity of the proposed methodology, three examples with numerical simulations are presented.