基于模型设计的倒立摆滑模变结构控制器研究

提出一种基于模型(MBD)的倒立摆控制器设计方法.相对于传统软件设计流程,MBD具备代码生成和早期算法验证功能.首先运用Lagrange方程建立倒立摆仿真模型;然后设计基于LMI倒立摆滑模变结构控制器算法模型,在仿真环境下与被控模型结合形成控制综合系统并进行仿真实验;接着自动生成滑模变结构高效嵌入式代码,整合成倒立摆控...     

基于滑模变结构的柔性倒立摆控制研究

针对柔性倒立摆稳摆控制比较困难且传统指数趋近率的滑模变结构控制易对系统造成抖振,基于机理建模方法建立柔性倒立摆数学模型,提出变指数趋近率的滑模变结构控制方法,设计了滑模变结构控制器,使系统具有较好的稳摆控制和鲁棒性。仿真结果表明,基于变指数趋近率的滑模变结构控制方法能够更好的实现倒立摆稳定控制,相比于传统指数趋近率的滑模控制器输出更加平滑,进而减小了控制器的负担。     

平行单级双倒立摆系统的建模与滑模变结构控制

从两摆间无弹簧连接的平行双倒立摆系统特定物理结构出发,结合控制目标进行合理建模与分析,验证所建模型可行性,讨论系统能控性和参数间的关系,并设计了滑模变结构控制律.该文的理论和方法对平行单级双倒立摆的进一步研究工作具有重要意义.     

自适应滑模变结构控制算法的研究与仿真

针对倒立摆系统中的不确定因素进行了研究,并考虑到倒立摆系统模型本身的不确定因素较小可以忽略,而外部的不确定性因素很难预料,因此采用了自适应变结构的控制方法设计控制器,通过调整参数估计的可调增益,估计系统所受不确定性大小.针对扰动的不确定性上界提出了一种改进的自适应滑模变结构控制方法,以直线二级倒立摆为仿真对象设计控制器,并且应用MATLAB进行了仿真,仿真结果证明了这种方法的可行性.     

二级直线倒立摆系统的实物控制

针对二级直线倒立摆系统,采用拉格朗日方程法建立其理论模型,分别使用线性二次最优控制(Linear Quadratic Regulator,LQR)及基于趋近律的滑模控制(Sliding Mode Control,SMC)算法来实现干扰存在情况下倒立摆的平衡控制。对于LQR算法,研究了矩阵Q和矩阵R与反馈控制矩阵K的定性关系,并经过反复多次实验,不断试凑,得到一组良好的控制参数,实现了倒立摆的稳定控制。SMC算法采用基于指数趋近律的控制方法进行了滑模变结构控制器的设计,并利用边界层法来进一步削弱抖振。最后通过仿真及实验,实现了倒立摆的实物平衡控制。     

模糊变结构控制的旋转倒立摆系统设计

本文针对非线性、多变量、强耦合的旋转倒立摆系统，利用模糊控制与滑模变结构控制相结合设计了一种模糊变结构控制器．该控制器既保持了滑模变结构控制的快速性和鲁棒性，又能较好地消除单纯采用滑模变结构所产生的抖振问题。仿真结果表明，模糊变结构控制算法能够实现倒立摆的平衡姿态控制，抖振现象基本消除且具有很强的鲁棒性。     

基于半实物仿真平台的时延补偿滑模变结构控制器设计与实现

本文应用半实物仿真技术,基于MATLAB/Simulink控制系统设计与测试环境,设计实现了旋转倒立摆运动控制半实物仿真平台,进行了倒立摆系统建模与分析,并针对网络控制中的时延问题,提出一种具有时延补偿的时变滑模面的变结构控制方法,并应用MATLAB/Simulink控制系统设计与仿真工具进行实验分析,验证了控制策略的有效性.     

平面一级倒立摆的稳定控制

平面倒立摆系统是进行控制理论研究的理想实验平台.在对平面一级倒立摆进行运动学和动力学分析的基础上,采用拉格朗日方程建立了它的动力学模型.分别设计了LQR控制器和模糊控制器,应用所设计的控制器对倒立摆系统进行了实时控制实验.验证了两种控制方法的优缺点.     

一种离散全程滑模变结构控制方法

针对离散时间系统提出了一种全程滑模变结构控制器设计方法。通过选择合适的滑模切换函数，使系统的轨线一开始便落在滑模面上，有效地缩短了系统状态到达滑动模态的时间，使系统从初始状态到平衡点的全过程都具有鲁棒性。针对利用离散趋近律方法设计全程滑模变结构控制器系统存在抖振的缺点，本文利用常规等效控制方法设计离散全程滑模变结构控制器，消除了系统的抖振，改善了系统的动态性能。并基于倒立摆模型进行了仿真，结果验证了其有效性。     

反演滑模控制在倒立摆中的应用与仿真研究

应用滑模控制中的反演设计原理,以一级倒立摆为控制对象,设计了滑模控制器,使系统在响应的全过程都具有鲁棒性,克服了传统变结构控制中到达模态鲁棒性差的缺点,对该类非线性系统,提出了新的滑模控制器的设计方法。仿真结果表明,该方法成功地实现了对输入信号的位置随动控制,并通过与传统方法进行对比,验证了反演滑模控制具有较好的快速和稳定性能,同时也削弱了抖振的发生,实现了实时跟踪控制。     

基于模糊加权的倒立摆混合控制

针对小车倒立摆系统,提出了一种线性状态反馈控制和滑模控制模糊加权的控制方法.滑模控制器的作用是将摆角控制在零的一个邻域内,在此邻域内首先采用近似的线性化模型来描述倒立摆系统,然后采用基于极点配置的方法设计系统的线性状态反馈控制器以使系统的状态稳定在给定值,两个控制器的输出通过加权求和作为倒立摆的控制作用.仿真结果证实了该方法的有效性.     

平面倒立摆自适应滑模模糊控制

采用拉格朗日方程建立平面倒立摆的动力学模型，并将其在平衡位置进行线性化，得到了系统在X和Y两个正交控制方向解耦的近似模型．针对每一个控制方向上由互相耦合的基座小车定位子系统和摆杆镇定子系统组成的欠驱动系统，设计了自适应滑模模糊控制器，实现了基座小车沿圆周行走条件下摆杆的运动平衡控制．行走实验验证了所提出控制算法的有效性．     

基于非线性控制方法的倒立摆系统控制

应用非线性系统跟踪控制方法对倒立摆系统的控制进行研究.基于非线性系统控制方法对倒立摆系统摆的镇定问题、台车位置调节问题和鲁棒控制问题设计出了具体的控制器.最后给出了在所设计的各种控制器作用下系统的仿真结果,结果表明所设计的控制器对倒立摆系统的稳定控制具有良好的效果.     

Boundary Control for a Flexible Inverted Pendulum System Based on a PDE Model with Input Saturation

This research considers the control problem of a flexible inverted pendulum system (FIPS) in the presence of input saturation. The model for a flexible inverted pendulum system (FIPS) is derived via the Hamilton principle. The FIPS model is divided into a fast subsystem and a slow subsystem via the singular perturbation method. We introduce an auxiliary system to deal with the input saturation of a fast subsystem. To stabilize the fast subsystem, a boundary anti‐windup control force is applied at the free end of the beam. It is proven that the closed‐loop subsystem is stable. For the slow subsystem, a sliding mode control method is employed to design a controller and a new decoupling method to design the sliding surface. Then it is shown that the slow subsystem is stable. Finally, simulation results are provided to confirm the efficacy of the proposed controller.     

平面二级倒立摆自适应滑模控制器设计

研究平面二级倒立摆系统稳定性和速度特性优化问题,由于倒立摆系统的外界扰动的不确定性,建立平面二级倒立摆的数学模型,应用变结构控制理论(SMC)和模糊逻辑系统设计了自适应滑模控制器,把趋近律和切换控制的模糊化相结合,采用模糊系统调整趋近速率的大小,在加快趋近速度的同时用模糊逼近切换控制,为减少控制量的抖振和优化控制系统,同时倒立摆控制具有了滑模控制对外界扰动和参数摄动的不变性。进行仿真的结果验证了控制器的稳定性,表明控制器系统能保证在不同的运行条件下具有快速性和鲁棒性。     

二级倒立摆变结构控制改进方案的对比研究

关于二级倒立摆稳定性优化控制问题,二级倒立摆是一个高度非线性系统,具有强耦合和快速运动的特点。但目前采用常规滑动模态变结构控制方法使系统出现高频抖动,导致系统存在稳定性差的问题。采用直线二级倒立摆为被控对象,通过用指数趋近律、边界层法和连续函数的趋近律三种改进方案对二级倒立摆系统进行了仿真,实验效果的对比结果表明,三种方案均能实现对二级倒立摆的稳定性有效控制,并可以使系统抖振得到抑制,为二级倒立摆稳定性设计提供了依据。     

Sliding mode prediction based control algorithm for discrete-time non-linear uncertain coupled systems

By introducing predictive control strategy into the design of sliding mode control (SMC), a novel SMC algorithm for a class of discrete-time non-linear uncertain coupled systems is presented in this paper. To enlighten by the recursive sliding mode approach, a special sliding mode prediction model (SMPM) is created at first. Then taking model mismatch into consideration, the error between the output of SMPM and the practical sliding mode value is used to make feedback correction for SMPM. Applying receding horizon optimization, the desired sliding mode control law which is a non-switching type, is obtained subsequently. The reachability of sliding mode is achieved by making predictive value of sliding mode track the expected sliding mode reference value. Due to feedback correction and receding horizon optimization, the influence of uncertainties can be compensated in time, strong robustness to matched or unmatched uncertainties is possessed. Theoretical analysis proves the closed-loop system is robustly stable, without requiring the known boundaries of uncertainties. Simulation results of a numerical example and a rotational inverted pendulum illustrate the validity of the proposed algorithm.     

Sliding mode-like fuzzy logic control with self-tuning the deadzone parameters

In this paper, a fuzzy logic controller (FLC) is designed based on the similarity between the FLC and the sliding mode control (SMC). The proposed scheme provides the sliding mode-like FLC with fast self-tuning the dead-zone parameters (boundary layer thickness) under parameter variations of the controlled system. To show the validity and the effectiveness of the proposed control method, simulations are performed for the position control of a rotary inverted pendulum     

输入饱和的充液航天器抗干扰有限时间滑模控制

研究三轴稳定充液航天器姿态控制过程中存在外部未知干扰、参数不确定和输入饱和的问题,提出一种抗干扰有限时间滑模控制的姿态机动控制方法.将部分充液贮箱内液体燃料晃动等效为球摆模型,采用动量矩守恒定律推导出充液航天器耦合动力学方程.首先,设计有限时间积分滑模干扰观测器,保证控制系统中集总干扰可以在有限时间内被估计;然后,基于所设计的干扰观测器,提出一种抗干扰有限时间快速终端滑模控制策略,并且证明在该控制律的作用下闭环系统的状态是有限时间稳定的,而且收敛到指定的快速终端滑模面上.此外,通过引入辅助变量补偿控制输入超调量,克服输入饱和的约束.仿真结果验证了该控制策略的有效性和鲁棒性.