基于遗传算法PID的旋转式倒立摆控制

旋转式倒立摆系统是一个多变量、强非线性、强耦合的不稳定系统,是人们检验、比较各种控制理论和方法的理想试验平台,国内外许多机构对它进行了广泛的研究,如何对其进行有效控制一直是控制界的一大热点。分析了旋转式倒立摆的数学模型,然后用Matlab建立了它的仿真模型,利用PID控制器对其进行控制。为了避免手工整定PID参数的繁琐过程,用遗传算法对旋转式倒立摆PID控制器的控制参数进行寻优,并以此来控制旋转式倒立摆。仿真结果表明利用遗传算法寻优设计的PID控制器来控制旋转式倒立摆可以获得很好的动态品质和稳定性。     

基于遗传算法PID的旋转式倒立摆控制

旋转式倒立摆系统是一个多变量、强非线性、强耦合的不稳定系统,是人们检验、比较各种控制理论和方法的理想试验平台,国内外许多机构对它进行了广泛的研究,如何对其进行有效控制一直是控制界的一大热点.分析了旋转式倒立摆的数学模型,然后用Matlab建立了它的仿真模型,利用PID控制器对其进行控制.为了避免手工整定PID参数的繁琐过程,用遗传算法对旋转式倒立摆PID控制器的控制参数进行寻优,并以此来控制旋转式倒立摆.仿真结果表明利用遗传算法寻优设计的PID控制器来控制旋转式倒立摆可以获得很好的动态品质和稳定性.     

旋转式倒立摆系统的极点配置及其仿真

旋转式倒立摆系统作为典型的快速、多变量、非线性、绝对不稳定系统,一直是控制理论与应用的热点问题.不但是验证现代控制理论的典型实验装置,而且其控制方法和思路对处理一般工业过程亦有广泛的用途.通过对旋转式倒立摆系统的研究建立了其动力学数学模型,研究了倒立摆系统的极点配置控制策略并运用MATLAB程序对极点配置控制器进行了仿真,通过仿真实验分析表明这种控制方案可行,且效果良好.     

一种双惯性轮空间倒立摆及其动力学建模和分析

针对现有的惯性轮倒立摆在模拟多自由度不稳定系统的局限性,提出了一种双惯性轮空间倒立摆系统,其具有四个自由度和两个控制量,可同时模拟不稳定系统俯仰和滚转姿态控制。运用拉格朗日方法建立了双惯性轮空间倒立摆的动力学模型,分别采用模型退化、数值仿真验证了所建立的模型的正确性,并分析了双惯性轮空间倒立摆的动力学特性。建立的双惯性轮空间倒立摆可应用于多自由度非平稳系统的模拟实验,提出的物理结构、模型和相关分析结论为双惯性轮空间倒立摆系统的进一步研究奠定了理论基础。     

LQR控制与PID控制在单级倒立摆中的对比研究

本文在单级倒立摆系统模型的基础上,介绍设计LQR控制器和PID控制器的基本原理,并通过对单级倒立摆系统的控制仿真实验对比研究两种控制方法,给出了相应的结论。     

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。     

基于飞轮的单级倒立摆系统的建模与仿真

针对目前融轮机器人的侧向平衡控制问题,设计了一种基于飞轮的单级倒立摆系统.简单地介绍了目前有关倒立摆系统的研究现状,然后利用拉格朗日方法建立了基于飞轮的单级倒立摆系统的数学模型,同时,对所建立的数学模型(精确模型和线性化模型)在Matlab/Simulink中进行了仿真验证,仿真结果证实了所建立的模型是可信的,并用现代...     

基于拉格朗日建模的单级倒立摆起摆与稳定控制

基于拉格朗日方法建立直线一级倒立摆系统的数学模型.采用能量反馈进行倒立摆的起摆控制,在平衡点附近切换并采用现代控制理论中的状态空间极点配置以实现稳定控制.仿真和实验结果表明该方法对单级直线倒立摆系统的起摆与稳定控制具有很好的效果.     

自平衡控制系统的平衡性仿真

自平衡两轮移动式倒立摆是三个自由度的强耦合和非线性的自然不稳定系统。虽然现代控制论中的状态反馈的极点配置对两轮移动式倒立摆的平衡起到了一定的控制作用,但是在现实多干扰的外界环境中,控制论中极点配置算法的控制作用就很难满足实际控制需要。针对两轮移动式倒立摆数学模型,给出详细的力学推导并在Simulink环境下,对状态反馈的极点配置法控制的两轮移动式倒立摆处于不同的坡度平衡情况进行了仿真和分析。     

一种镇定倒立摆系统的新方法

在对倒立摆系统深入分析的基础上，应用振荡控制理论提出一种镇定倒立摆系统的新方法。通过在倒上摆支承点的垂直方向上加入一个零均值的高频振荡信号，改善了倒立摆系统本身的稳定性，使其在倒立位置附近成为一振荡稳定系统。理论分析和仿真研究表明这种方法是行之有效的，为研究倒立摆一类自不稳定系统开辟了一条新的途径。     

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。     

单级旋转倒立摆的二次型最优控制研究

针对多变量、非线性和强耦合的单级旋转倒立摆系统,采用拉格朗日方法推导单级旋转倒立摆系统的数学模型,并在平衡点附近进行线性化处理,分析了系统的性能.分别采用线性二次型最优控制策略LQR及LQY方法对旋转倒立摆系统进行控制系统设计,并借助Matlab平台进行了仿真实验研究.实验分析表明这两种控制方案可行,且效果良好.     

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。     

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。     

直线柔性连接两级倒立摆控制器设计

倒立摆系统是一个复杂的、非线性的、不稳定的高阶系统。倒立摆的控制一直是控制理论及应用的典型课题。分析了如何利用拉格朗日方程对直线柔性连接两级倒立摆系统建模，采用LQR法设计最优控制器，进行了具体架构以及阐述了此系统设计的控制器在实际物理系统中的实现问题。所设计的控制器对此倒立摆系统成功实施了控制，既证明了系统建模的正确性，也是倒立摆控制中的一项重大突破。相关研究成果将在航天科技及机器人学等领域发挥重要作用．     

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.     

旋转倒立摆的起摆与稳摆研究与实现

针对倒立摆系统的起摆与稳摆问题,利用Lagrange方程建立了单摆与倒立摆的完整数学模型。采用正反馈控制算法进行单摆的起摆控制,采用双PID算法进行倒立摆的稳摆控制。设计了基于摆杆角度和角速度的两种能量控制切换模式,并进行了仿真验证和实物验证。仿真和实际运行结果表明,所设计的针对角速度的正反馈控制器起摆速度更快,所提出的两种切换模式可以使控制更稳定。     

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。     

考虑滚动摩擦的倒立摆控制及其机电一体化联合仿真

研究了考虑车轮与路面间滚动摩擦的车载倒立摆控制问题.首先在考虑滚动摩擦的前提下重新推导了倒立摆系统的状态空间表达式,然后在它的基础上分别采用比例微分、最优控制以及极点配置这三种方案设计了考虑滚动摩擦的车载倒立摆控制器.最后,在ADAMS-Simulink联合仿真平台上,以车载倒立摆虚拟样机为受控对象,对所设计出的三种控...     

基于改进遗传算法的环形倒立摆PID参数整定

针对传统的环形倒立摆PID控制器参数整定方法主观性强,系统响应性能不佳等问题,提出来了一种基于改进遗传算法的环形倒立摆PID参数整定方法.采用仿真研究方法,比较了试凑法、遗传算法和改进遗传算法求取的PID控制器参数对环形倒立摆的控制效果.实验表明,相比于试凑法,遗传算法得到的PID控制器参数使系统的超调量减小、调节时间缩短;改进的遗传算法得到的PID控制器参数使系统的响应性能进一步优化.改进遗传算法求取PID控制器参数的方法对于环形倒立摆以外的控制系统也有借鉴作用.