浅析倒立摆系统结构建模与仿真

倒立摆系统是典型的机电一体化系统，是一种复杂、时变、非线性、强耦台、自然不稳定的高阶系统，许多抽象的控制要领如控制系统的稳定性、可控性、系统收敛速度和系统抗干扰能力等，都可以通过倒立摆系统直观的表现出来。本文分析了倒立摆系统模型，设计了倒立摆系统结构，推导了系统的数学模型，并在MATLAB环境下利用倒立摆的状态方程设计最优控制法对其进行控制，并得出仿真结果。     

基于MATLAB的一阶倒立摆的建模及仿真

倒立摆系统是一个典型的快速、多变量、非线性、不稳定系统,建立其数学模型研究其稳定性对于很多工程控制有着重大意义。采用机理建模法对一阶倒立摆系统进行分析,建立其数学模型,在用Matlab软件进行仿真验证,仿真时,观察不同的初始条件下倒立摆的运行特性。     

Furuta倒立摆的分岔与混沌动力学分析

利用Hopf定理和规范形理论,讨论了Furuta旋转倒立摆非线性数学模型的Hopf分岔特性。给出系统存在Hopf分岔的条件,讨论了周期轨道的稳定性,利用数值模拟,得到系统的相轨迹图,进一步验证分析过程的正确性。利用Silnikov定理,讨论了旋转倒立摆的混沌动力学特征。利用卡尔达诺公式和微分方程级数解讨论了该系统的特征值和同宿轨道的存在性,比较严格地证明了系统存在Smale马蹄意义下的混沌现象,并给出发生Silnikov型Smale混沌的条件。     

基于RBF神经网络补偿的不确定性倒立摆PD控制

针对带有参数不确定性的非线性倒立摆的跟踪控制问题,提出一种RBF神经网络补偿的PD控制方法。该方法采用RBF神经网络逼近系统不确定非线性函数,结合常规的PD控制方法设计控制器,实现倒立摆的跟踪控制。仿真结果表明,该方法能有效实现倒立摆的快速跟踪,并保证了对不确定参数的不敏感性。     

基于MATLAB的二级倒立摆线性最优控制器的设计和仿真

倒立摆是进行控制理论研究的典型实验平台,本文在建立二级倒立摆系统数学模型的基础上,将其转化为线性定常系统的控制问题,利用MATLAB完成了该系统线性最优控器的设计,并给出了仿真结果。     

倒立摆系统的发展研究以及意义

随着工业、农业、交通运输和国防等各个方面不断发展,这些方面都离不开较高的控制性能,自动控制就有了很大的应用舞台。从二十世纪五十年代到现在,人们对倒立摆的研究不断加深,是研究控制理论的一种实验设备,它具有高阶次、强耦合、非线性、多变量、不稳定等特点的系统,倒立摆系统已经由一级发展到了多级,控制手段也是多种多样。并且倒立摆还具有结构简单,价格低廉等优点,更是被人们应用和推广在很多领域。本文主要是对倒立摆的研究现状及其意义做简单介绍。     

平面倒立摆的一种多回路PID控制方法设计

平面倒立摆系统是进行教学和控制理论研究的理想实验平台。本文对平面倒立摆进行了运动学和动力学分析,因为传统的单回路PID控制是单输入单输出系统．对摆杆的角度和位移只能控制其中一个量,本论文用多回路PID设计方法对倒立摆进行了仿真,多回路可以很好的控制摆杆的角度和位移,结果表明采用这种控制方法得到了较好的控制效果。     

基于滑模观测器的环形倒立摆控制系统的设计与实现

针对多变量、非线性、强耦合的环形倒立摆系统,提出了一种滑模观测器的方案.该方案在采用Lagrange函数建立状态空间方程的基础上,利用能量控制策略实现自动起摆;采用最优控制理论中的极点配置法设计倒立摆系统的控制器;同时利用滑模变结构的等值原理设计观测器,实现对系统未知状态变量的观测.仿真结果表明:该方法能较好地实现对未知变量的跟踪.并通过对实际环形倒立摆系统的实时控制,验证了该方案的有效性,证明了所提方法具有良好的跟踪性能.     

PID控制在单级倒立摆系统中的分析与应用

作为现代控制理论在空间技术中的应用典范,倒立摆系统一直广受青睐。随着技术进步,一级、二级、三级、四级倒立摆系列相继问世.倒立摆系统实属多变量、非线性、强耦合系统.因此,首先基于牛顿力学与运动学知识建立其数学模型动力学方程,并经过线性化处理得到其传递函数模型。其次在MATLAB环境中进行PID控制下的仿真。量后由仿真结果指出单级倒立摆系统的在应用中的优势与缺憾。     

环形倒立摆控制系统仿真设计

首先通过经典力学的动力学方法建立了环形倒立摆的数学模型，判断出系统能控，然后对其构建状态空间反馈进行极点配置，仿真结果表明了该控制算法的有效性。     

修正Hamilton方法及其在车载倒立摆稳定化问题上的应用

本文基于反馈控制和带有控制的Hamilton系统的修正Hamilton函数,研究了车载倒立摆系统的稳定化问题.给出了利用修正Hamilton方法稳定化带有控制的Hamilton系统的一个准则.通过复杂的计算,证明了车载倒立摆系统的不稳定平衡态可以通过增加反馈控制的方式成为渐近稳定的平衡态.利用仿真验证了所给控制的有效性.     

海洋波力发电倒置摆系统的非线性振动实验研究

摘要：本文以振动基座上的倒置摆系统为研究对象,对该系统受竖向简谐激励作用时的非线性振动特性进行实验研究,探讨该系统应用于海洋波力发电的技术可行性,为海洋波力开发利用提供依据。实验设计倒置摆转动角位移采集系统,通过测试确定系统的阻尼、固有频率等,为数值模拟提供依据并指导倒置摆系统的振动实验。通过实测振动时域数据得到系统振动频谱及相图,证明该系统存在大阻尼条件下的大周期运动、共振状态下的周期振动和倒置摆稳定吸引域,这表明该模型具有海浪波力能源吸收好,消耗少的特点,同时表明该模型具有高效的动力输出能力．因此,振动基座上倒置摆模型在开发利用海洋波力能源发电中具有十分重要的应用前景。     

一类非线性动态系统的自适应模糊小波神经网络控制

对未知非线性动态系统研究基于模糊小波神经网络的自适应跟踪问题,首先构建一个模糊小波神经网络用于逼近未知的非线性函数的模型,然后根据李亚普诺夫稳定性理论建立自适应率,在线调整的模型参数包括小波网络的权重、小波的伸缩量、偏移量和模糊集合隶属函数的相关参数。提出了一种自适应模糊小波神经网络的滑模控制策略,保证系统的跟踪误差和对外界干扰的抑制被衰减到期望的程度。证明了闭环系统的半全局收敛性和鲁棒性,对倒立摆系统的仿真试验证明了所提控制方法的有效性。     

Minimal control synthesis adaptive control of nonlinear systems: utilizing the properties of chaos

This paper discusses a novel approach to the control of chaos based on the use of the adaptive minimal control synthesis algorithm. The strategies presented are based on the explicit exploitation of different properties of chaotic systems including the boundedness of the chaotic attractors and their topological transitivity (or ergodicity). It is shown that chaos can be exploited to synthesize more efficient control techniques for nonlinear systems. For instance, by using the ergodicity of the chaotic trajectory, we show that a local adaptive control strategy can be used to synthesize a global controller. An application is to the swing-up control of a double inverted pendulum.     

非晶态PdCuSi的内耗和DSC研究

用葛摆测量了ａ－ＰｄＣｕＳｉ合金的内耗－温度曲线，证明在该合金的Ｔｇ和Ｔｘ温度附近有两个内耗峰Ｐ１和Ｐ２．Ｐ２峰是与非晶晶化有关的内耗峰，而Ｐ１峰可能是弛豫型的内耗峰．分析了倒扭摆和Ｃｏｌｌｅｔｔｅ摆的灵敏度，阐述了这两种摆不适用于测量ａ—ＰｄＣｕＳｉ类合金的内耗峰．     

虚拟联合仿真平台下的非线性系统运动控制问题研究

本文结合机械领域的虚拟样机软件-ADAMS和当前使用最为广泛的数值计算软件-MATLAB，创建了一类典型的非线性自然不稳定系统-三级倒立摆的联合仿真平台。在此基础上，通过联合仿真研究被控对象在各种初始条件和参数条件下的运动控制问题，得到了非线性控制对象运动控制研究中的一系列结论。本文也为非线性系统的控制问题研究及控制理论验证提供了一种有效的途径。     

Design and Implementation of a State-feedback Controller Using LQR Technique

The main objective of this research is to design a state-feedback controller for the rotary inverted pendulum module utilizing the linear quadratic regulator (LQR) technique. The controller maintains the pendulum in the inverted (upright) position and is robust enough to reject external disturbance to maintain its stability. The research work involves three major contributions: mathematical modeling, simulation, and real-time implementation. To design a controller, mathematical modeling has been done by employing the Newton-Euler, Lagrange method. The resulting model was nonlinear so linearization was required, which has been done around a working point. For the estimation of the controller parameters, MATLAB LQR function has been utilized. Simulation has been performed for the designed controller and it also has been implemented and tested over the real inverted pendulum. From the results, it is vivid that the designed controller keeps the inverted pendulum in an upright position and rejects the disturbances and falling under gravitational force by adjusting the rotation of the horizontal link.     

Optoelectronic implementation of real-time control of an inverted pendulum by fuzzy-logic-control units based on a light-emitting-diode array and a position-sensing device

We have realized a novel optoelectronic implementation of an analog fuzzy-inference architecture, using the movement of the center of gravity of a far-field pattern. In the inference process Gaussianlike membership functions and a product-sum-gravity method are used. Antecedent membership functions and the grade evaluations are realized by combining light-emitting-diode (LED) arrays for sequential light emission and position-sensing devices for center-of-gravity detection. Consequent and defuzzification operations are realized by a LED array and a position-sensing device. High-speed fuzzy inference of more than several tens of mega fuzzy logical inference per second is possible with these units. The usefulness of the system is demonstrated by the real-time standing control of an inverted pendulum.     

Dynamics of Vibroprotection Systems with a Ball-Type Low-Frequency Oscillation Absorber

The paper deals with low-frequency vibration of a vibroprotection system consisting of a heavy ball with an air damper in an inverted-pendulum spherical socket under the action of external harmonic excitation. The ball in the spherical socket rolls without sliding and is a working body of the ball-type absorber of the inverted-pendulum forced oscillation. Dynamic equations for joint motions of the heavy ball and the inverted pendulum are formulated and analyzed. The authors have obtained amplitude-frequency characteristics of the absolute deviation of the inverted pendulum upper point and the relative displacement of the ball in the spherical socket. A new procedure for the determination of setting parameters for a ball-type oscillation absorber is proposed.