直线二级倒立摆的一种稳定控制算法研究

针对线性二次型调节器(LQR)的权重矩阵Q和R的选取没有一个固定解析类方法，LQR的控制性能好坏基本取决于人工经验对Q和R的选取，若系统状态变量变多，调参就变得过于繁琐，以及基本粒子群算法(PSO)存在收敛速度慢，容易陷入局部最优等缺点，从惯性权重非线性动态调整，学习因子非线性动态调整以及基于自然选择机理三个角度来改进基本粒子群算法。并将改进粒子群算法应用于LQR参数优化，对直线二级倒立摆进行稳定控制。仿真结果表明，改进粒子群算法优化后的LQR相比一些传统的方法优化的LQR有着更好的控制效果。     

基于改进蜂群算法的倒立摆控制器优化设计

环形倒立摆系统以其非线性、不稳定、高阶的、强耦合的特性,已经成为控制理论教学以及模拟机器人行走、卫星飞行姿态等复杂系统控制的重要实验平台;文章中引入了LQR控制算法,实现对倒立摆的稳定控制;而为了避免LQR控制器设计过程中反复调节加权矩阵Q,R的复杂性,同时得到更优异的控制效果,将人工蜂群(ABC)算法应用于LQR控制器设计中;而为了克服传统蜂群算法的缺陷,加快收敛速度和增加种群的多样性,在雇佣蜂阶段和跟随蜂阶段对算法进行了改进;仿真结果表明,改善的ABC算法的能够很好地完成LQR控制器参数寻优,控制效果良好。     

单级倒立摆的LQR控制和DMC控制Matlab仿真比较

建立了单级直线倒立摆的状态空间模型,分别从线性最优二次型（LQR）控制和模型预测控制的原理出发,在MAT-LAB/SIMULINK环境下,设计了LQR控制器和动态矩阵控制（DMC）控制器,对所建立的倒立摆模型对象进行系统控制仿真。仿真结果表明,作为先进控制的DMC控制的效果比作为最优控制的LQR控制效果更好,鲁棒性更强。     

四旋翼飞行仿真器的姿态控制

针对多变量控制系统对扰动敏感的问题,以携带多个配重的四旋翼飞行仿真器为研究平台,分别设计了线性二次型和粒子群优化LQR两种控制系统,模拟实际工作中旋翼机的姿态控制。在MATLAB/Simulink里建立控制系统模型,结合实时控制工具箱进行实验。结果表明,在保证控制系统性能和鲁棒性均较好的情况下,对于常规及突变性干扰,两种控制器均可有效提高多变量控制系统的抗扰能力,且粒子群优化LQR控制比LQR控制响应快、超调小,稳定性高。     

塔吊防摆LQR最优控制器研究

针对塔吊工作系统中出现的摆动现象,设计一种高效而快速的防摆控制器来对摆动进行抑制。系统利用拉格朗日方程建立三维力学数学模型,设计LQR控制器对摆动进行控制,采用Matlab进行仿真,通过改变加权矩阵Q得到LQR最优控制器;分别改变荷载重量和摆线长度,与PID控制进行比较,结果表明LQR最优控制对摆角的抑制更加明显,稳定时间也明显减少,是一种更加优化的控制方法。     

无人机鲁棒伺服LQR飞行控制律设计

为抑制无人机飞行模态切换时舵面跳变使机体产生的大过载,降低无人机对舵系统及结构可用过载的要求,将鲁棒伺服LQR方法与经典控制方法相结合设计了飞行控制律;以俯仰角控制模态为例,对鲁棒伺服LQR控制方法的特性进行了分析,俯仰角速率回路采用鲁棒伺服LQR最优控制方法设计了控制律,俯仰角回路采用经典控制方法设计了控制律,并通过非线性数字仿真对控制律的控制效果进行了验证;仿真结果表明:鲁棒伺服LQR控制比常规PID控制超调量减小50%,且大大减小了响应初期的升降舵偏角突变,降低了对机体可用过载的要求;该控制律形式简单,易于工程实现。     

基于LQR最优调节器的三自由度直升机控制系统

三自由度直升机实验平台包含了一个典型的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强藕合控制系统本文研究分析了三自由厦直升机控制系统的数学模型，介绍了线性二次型最优调节器（LQR）的基本原理，并针对直升机控制系统的平衡控制问题，设计了线性二次型最优调节器（LQR），以实现对三自由度直升机的最优控制，MATLAB仿真实验结果表明了该方法有较好的控制效果。     

基于竞赛自平衡小车的双闭环控制设计与仿真研究

针对具有多变量、不稳定、非线性特性的自平衡小车系统,提出了一种基于偏角伺服控制与LQR控制相结合的双闭环控制方法.在该方法中,先根据系统的等效模型,采用LQR方法控制自平衡小车的倒立平衡,采用伺服控制进行偏角跟随控制.并且在设计过程中,先保证自平衡小车的倒立平衡,然后再进行伺服控制,运行中两个闭环实时控制,达到使小车倒立快速寻迹运行.数字仿真结果与理论分析基本一致,表明了该方法的可行性.     

单级倒立摆复合控制设计与实现

本文针对LQR控制在单级倒立摆控制中的不足,设计了一个LQR结合PID的复合控制。并在Borlandc语言环境下编写控制程序,成功实现倒立摆的控制,其控制效果比单一LQR控制的抗扰能力有明显提高。     

基于模糊控制的桥式起重机定位防摆研究

针对线性二次型最优控制(LQR)法在起重机定位防摆中存在的不足,在分析了桥式起重机小车运行物理模型的基础上,将模糊理论引入起重机定位防摆中,提出了基于模糊理论控制的思想,设计了一种基于模糊的起重机定位与防摆控制方法.通过建立隶属度函数与模糊控制规则,利用两个模糊控制器对小车的位置和负载的摆动角度分别进行控制,建立了模糊控制系统.通过与LQR仿真结果进行比较,结果表明了该方法的可行性与较好的鲁棒性.     

最优状态反馈设计中加权矩阵新的选定方法—零点追加法

最优控制系统设计中，由于二次型评价函数和闭环系统的关系不明，往往采用试探法选取加权矩阵Ｑ及Ｒ．这种设计方法不仅使得工作量大为增加，也给控制系统现场调试带来了很大困难，本文阐述了一种新的方法－零点追加法，来选定加权矩阵Ｑ，Ｒ。     

LQ最优控制之逆问题的研究

本文通过适当地选取LQ性能指标函数中的加权矩阵R,给出了该二次型性能指标函数中的另一个加权矩阵Q与系统的开环特征多项式、闭环特征多项式的系数以及系数的系数矩阵A、B之间的对应关系。如果给定一个系统以及该系统的一组最优闭环极点,就可以求得矩阵Q。同时,用本文的研究结果,还可以直接确定系统的最优状态反馈系数矩阵。     

Butterworth最优控制的逆问题

为了认识Butterworth最优控制的本质,揭开Butterworth最优传递函数与加权矩阵Q,R的相互关系,本文研究Butterworth最优控制的逆问题.首先用Butterworth最优控制确定状态反馈增益阵K,然后给出计算加权矩阵Q的参数化公式,最后用一个例子说明这种确定加权矩阵Q,R的方法的有效性和简便性.     

基于LQR的直线一阶单倒立摆最优控制器的设计

对已有的LQR最优控制中系统的动态响应与加权矩阵Q和R之间遵循的基本规律进行分析,并根据这一基本规律对给定的直线一阶单倒立摆采用线性二次型最优控制的方法设计控制器。仿真结果表明,基于LQR的最优控制系统对直线一阶单倒立摆具有很好的控制效果。     

基于遗传算法的LQG/LTR航空发动机性能优化

针对飞行控制系统控制器的设计中存在建模误差以及飞行过程中外界干扰的影响,采用LQG/LTR鲁棒控制方法完成某型战斗燃油机控制系统控制器的设计。为了提高战斗机控制精度,解决LQG/LTR鲁棒控制方法中存在的权矩阵Q和R选择困难的局限性,加入遗传算法,进行在线寻优。同时针对不同飞行条件下系统以及系统建模过程中造成的参数不确定性问题分别进行仿真,并与传统PID以及控制效果较好的基于遗传算法的PID控制进行对比仿真。理论研究和系统仿真结果表明,基于遗传算法的LQG/LTR控制系统与基于遗传算法的PID控制相比,不但具有良好的鲁棒性,而且响应快速,控制精度高,满足了战斗机飞行控制的要求。     

线性离散时滞系统鲁棒严格耗散控制

提出线性离散时滞系统的耗散控制问题,研究无记忆状态反馈控制律存在的条件及 相应的控制器设计方法,以使相应的闭环系统渐近稳定,同时具有严格(Q,S,R)-耗散性.进 一步考虑耗散的不确定性,研究不确定系统鲁棒严格耗散控制的分析与综合问题.结果表明, 鲁棒耗散控制器存在的条件和综合问题等价于线性矩阵不等式(LMI)的可解性问题.     

无传感器PMSM中基于IGSO优化EKF的速度估计方法

为了提高无传感器永磁同步电机(PMSM)控制系统中速度控制性能,提出一种基于改进群搜索优化(IGSO)算法的扩展卡尔曼滤波(EKF)速度估计方案。首先,分析了PMSM磁场定向控制(FOC)系统模型;然后,将电机的d-q轴电压、电流和转子速度作为状态变量,构建EKF中的状态方程来估计转速和负载。同时,为了提高EKF的估计性能,以估计值与实际值的平方误差积分(ISE)作为适应度函数,通过IGSO算法来优化EKF中的噪声协方差矩阵Q和R,以此获得最优参数。仿真结果表明,提出的控制系统能够精确估计出电机转速并进行有效控制。     

倒立摆系统的高精度控制器设计与实现

对线性二次调节器LQR算法中Q和R矩阵的参数与控制系统反馈矩阵Ⅸ之间的关系进行了实验研究,并将所获得的最佳反馈矩阵作为所设计的神经网络控制器的权值初始值。该神经网络控制器是带有局部递归神经网络并具有PID结构的控制器,因而设计简单,尤其适合用于多变量非线性时变系统。通过对一级和二级直线倒立摆系统的具体控制器的设计以及实验,将LQR控制器与神经网络控制器分别在无干扰和有干扰情况下的控制效果进行了对比分析,设计并实现了具有控制精度以及鲁棒性比最优线性二次调节器更高的一级和二级直线倒立摆系统。     

线性时滞系统的耗散控制

研究了一类线性时滞系统的二次耗散控制问题,基于线性矩阵不等式（LMI）方法导出了耗散控制器存在的充分条件,通过线性矩阵不等式的可行解构造出耗散态状态反馈和动态输出反馈控制律,相应的闭环系统是二次稳定和严格（Q,S,R）耗散的,本文的主要贡献是统一了线性时滞系统现有的H∞控制和无源控制结果。     

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。