基于LQR控制器的直线倒立摆研究及设计

针对直线倒立摆系统不稳定的问题,在前期研究的基础上,建立了直线一级倒立摆数学模型,并对自行研制的直线一级倒立摆进行参数分析,推导出了状态空间方程,给出了Pro/E模型图。接着,为确保系统能更加稳定地控制,研究设计了相应的LQR控制器,绘制了控制系统结构框图,最后进行了LQR控制参数仿真。仿真结果证明了研究设计的有效性和可行性。     

基于LQR的二级倒立摆设计与仿真

倒立摆是非线性系统的典型代表,可以用来检验算法的控制效果是否理想。以直线二级倒立摆作为研究对象,通过设计LQR(Linear Quadratic Regulator)控制器实现其稳定控制,使一级摆杆、二级摆杆及滑块都处于误差较小的动态平衡状态。借助MATLAB工具进行仿真实验,通过实验结果分析研究该控制器的性能,实验结果表明LQR控制器在二级倒立摆控制中呈现响应快速、振荡小、稳定性能好等特点。     

平面一级倒立摆系统的分析与控制

在介绍平面一级倒立摆数学模型的基础上,通过实验和仿真,先确定理想的加权矩阵Q和R,然后采用线性二次型最优控制LQR设计出可以精确控制平面一级倒立摆的控制器。     

基于LQR的倒立摆最优控制系统研究

基于LQR对单级倒立摆进行了最优控制系统设计，并针对LQR最优控制中加权矩阵Q和R难以确定的问题，进行了倒立摆实验研究与分析，找出了倒立摆系统的动态响应与Q和R阵之间遵循的基本规律。实验结果显示了该结论的正确性和实用性，也为在利用该方法进行其它控制系统的设计中Q和R的选取提供了参考。     

二级直线型倒立摆系统的LQR控制探析

以二级直线型倒立摆系统为研究对象,基于线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator,LQR)理论设计了二级倒立摆系统的控制器,并进行了数值仿真,结果表明了该方法的有效性。     

环形倒立摆系统改进遗传算法的LQR控制研究

在一级环形倒立摆系统中,针对线性二次型控制器(LQR)加权矩阵Q和R选择策略的不足,提出一种通过改进遗传算法优化LQR加权矩阵Q和R的方法。该方法选取二次型性能指标J作为个体适应值,在传统遗传算法的基础上通过对交叉率和变异率按S曲线和高斯分布曲线自适应调整等策略来提高遗传算法的全局搜索能力和收敛速度,实现对Q和R矩阵的优化。仿真结果表明:用改进遗传算法优化后的一级环形倒立摆系统LQR控制具有更好的自适应性,系统连杆和摆杆的调节时间分别减少了2 s和1.5 s,有效地提高了系统的稳定性。     

倒立摆线性二次型最优控制方法研究

为优化倒立摆控制性能,提高系统响应的快速性和稳定性,研究了线性二次型最优控制方法。应用动力学分析方法建立单级倒立摆线性状态空间模型,设计线性二次型控制器(LQR);应用Matlab软件中LQR函数,确定倒立摆闭环控制系统状态反馈向量及最优控制目标函数,完成线性二次型状态反馈控制系统设计。时间响应分析及动态仿真结果表明,基于LQR函数设计的线性二次型状态反馈控制系统,阶跃响应上升时间2 s,调节时间5 s,实现了单级倒立摆快速、稳定控制。     

单级旋转倒立摆运动控制研究

对所设计的旋转倒立摆进行了分析,利用Lagrange方程建立了系统的数学模型。设计了双PID和LQR状态跟随运动控制器。在MATLAB中用所设计控制器对旋转倒立摆模型进行直立运动控制仿真,结果表明,LQR状态跟随器控制系统超调小,响应速度快,鲁棒性强。根据设定的Q和R,计算出LQR最优控制参数K。然后利用微控制器、H桥芯片、绝对式编码器及普通小功率直流电机完成了系统的制作,并通过实际系统验证了LQR状态跟随运动控制器的稳定性。     

基于MATLAB的直线一级倒立摆的PID控制研究

对于倒立摆系统,由于其本身是自然不稳定的系统,实验建模存在一定困难,假设忽略掉倒立摆的一些次要因素后,那么倒立摆系统就能够看成是一个典型的运动刚体系统。介绍了直线一级倒立摆的控制机理,分析了直线一级倒立摆的建模过程,采用MATLAB对倒立摆系统进行仿真模拟实验,并对仿真结果进行分析。     

直线一级倒立摆的新型控制方法研究

针对便携式直线一级倒立摆特有的系统(小车运动和摆杆运动),在单独分析了小车和摆杆的运动形式之后,设计了对两种独立运动形式进行控制的控制器,并对设计的控制器进行仿真分析,得到了一种对倒立摆系统进行实时控制的最佳控制器。     

倒立摆控制方法的比较研究

倒立摆系统作为典型的控制对象,不仅对控制设计提出了难题,同时为很多先进控制方法的研究和应用提供了一个很好的实验平台。该文分别用PID控制法、优化控制策略的LQR及极点配置法等3种方法对单级倒立摆系统进行控制,并利用MATLAB仿真对3种控制算法的效果进行了对比,讨论了3种方法之间的优缺点。仿真实验表明:PID法与极点配置法具有较好的瞬态性,LQR法具有较好的鲁棒性。在实际应用中,可根据控制系统的具体指标要求选择适合的控制方法,具有一定的指导意义。     

单级倒立摆的两种控制方法的仿真研究

针对多变量、非线性、强耦合性的倒立摆系统,运用牛顿-欧拉方法建立了倒立摆的数学模型。然后对该模型分别进行LQR控制和模糊控制,并在MATLAB环境下进行仿真,其对比结果对该方向的研究具有理论指导意义。     

直线二级倒立摆系统的H_∞鲁棒最优控制

针对存在模型参数不确定性和外部扰动的直线型二级倒立摆系统的稳摆控制问题,对如何实现倒立摆系统鲁棒稳定的同时,还保证其达到期望的最优控制性能和H_∞性能指标的稳定性控制问题进行了研究。基于状态反馈、最优控制和H_∞鲁棒控制方法设计了一个H∞鲁棒最优控制器,用来实现对该倒立摆系统的稳摆控制。利用设计的控制器,基于倒立摆实验平台和Matlab数值仿真平台,使用该控制器来实现系统的控制并对稳定倒立摆的过程进行了验证。研究结果表明,该控制器能较好的实现对直线型二级倒立摆的稳摆控制,并对受控系统的模型参数摄动有较好的鲁棒性,同时还能利用最优的控制作用达到期望的H_∞性能指标。     

倒立摆系统的建模及MATLAB仿真

通过建立倒立摆系统的数学模型，应用状态反馈控制配置系统极点设计倒立摆系统的控制器，实现其状态反馈，从而使倒立摆系统稳定工作。之后通过MATLAB软件中Simulink工具对倒立摆的运动进行计算机仿真，仿真结果表明，所设计方法可使系统稳定工作并具有良好的动静态性能。     

基于LMI优化的鲁棒控制器设计

以存在固有模型误差的单级倒立摆为被控对象,建立倒立摆的鲁棒数学模型。在不确定性因子存在的前提下,基于线性矩阵不等式方法计算得到H_∞状态反馈控制器参数K,而且给出H_∞状态反馈控制器的存在条件。通过实例仿真验证,与LQR控制相比,H_∞状态反馈控制具有更好的动态特性和抗干扰特性。     

三关节欠驱动体操机器人的LQR倒立平衡控制

针对欠驱动体操机器人倒立平衡控问题,给出一种基于动力学模型的三关节欠驱动体操机器人平衡控制方案.首先将三关节欠驱动体操机器人简化为一个在垂直平面上运动的三关节机器人,采用拉格朗日力学方法建立动力学模型,并推导出体操机器人系统状态方程,然后设计LQR控制器,使体操机器人稳定在不稳定的倒立平衡点,最后进行了仿真,结果表明LQR控制器实现了在两输入情况下允许的稳态误差快速响应.     

二级倒立摆的 LQG 最优控制研究

为实现二级倒立摆系统的稳摆控制,应用了线性二次高斯最优控制。根据LQG的分离原理,首先利用最优控制设计控制律,得到状态反馈;由于系统状态不能完全测得,而且系统也不可避免地会受到噪声的影响,在详细给出相应参数取值规则的基础上,采用了卡尔曼滤波对系统输出做出最优估计。最后的仿真结果表明,设计的控制器能够较好地对二级倒立摆进行稳定控制,且具有抑制噪声和抗干扰能力。     

基于Lyapunov函数的倒立摆系统设计

针对单级倒立摆，介绍了利用李雅普诺夫函数进行状态反馈的控制方案。首先对单级倒立摆建立近似线性化模型，然后利用李雅普诺夫函数设计了状态反馈控制器，并在MATLAB软件中Simulink环境下对单级倒立摆实验装置实现了实时控制，试验结果验证了该设计方法的有效性。     

线性二次最优算法的倒立摆系统仿真与实时控制

文章对倒立摆进行了详细的力学分析,建立了该种倒立摆的数学模型,并为系统设计了线性二次指标最优控制器。然后,通过计算机数值仿真实验,为倒立摆控制系统选取合适的性能指标和状态反馈矩阵,仿真实验结果说明,应用该状态反馈控制,能够取得了良好的控制效果。最后,文章建立了基于matlabRTW实时工具箱的倒立摆实时控制平台。通过倒立摆的实时控制实验,验证了理论分析和数值仿真的正确性。