小车二级摆摆起控制器设计

研究了小车二级并行摆系统及小车二级串行摆系统的摆起控制器设计问题,并给出了这两种系统的实验结果.首先,针对上述两种系统,设计了两步控制器,即1)摆起双摆达到倒立稳摆位置的控制器,2)进行稳摆控制的控制器.其次,由于小车二级摆位移受轨道长度限制,又考虑了小车位移的控制问题.上述两种实际系统的摆起及稳摆成功,验证了所提出设计方法的有效性.     

基于能量控制与近似输出调节的二级倒立摆起摆和跟踪控制

二级倒立摆是一个典型的欠驱动非线性系统,其控制问题具有一定的挑战性.为了解决时变参考信号下二级倒立摆的起摆和跟踪控制问题,本文提出了一种基于能量控制与近似输出调节方法的起摆和三阶控制器设计方案.首先,采用能量控制方法将第1级摆杆从下垂位置摆起到倒立位置附近;其次,采用滑模控制方法将第1级摆杆稳定在倒立位置,同时,采用等效小车与能量控制相结合的方法将第2级摆杆摆起到倒立位置附近;最后,采用基于近似输出调节理论的多项式近似方法设计三阶控制器实现二级倒立摆的位置跟踪控制.仿真和实验结果均验证了该控制方案的有效性.     

基于能量反馈的圆轨倒立摆摆起控制

基于拉格朗日方程建立圆轨倒立摆单摆模型,根据能量反馈控制理论,设计圆轨倒立摆摆起控制器,从而使摆杆从稳定平衡点摆起到不稳定平衡点并稳定不倒。采用具有流水线指令结构CIP-51控制器内核的C8051单片机实现控制算法。实验结果表明,采用能量反馈控制器可以对具有复杂非线性、强耦合、自然不稳定特性的倒立摆系统实现摆起控制,摆起效果良好。同时也为其他非线性多变量系统的控制提供了有效方法。     

基于Lie理论的倒立摆系统的控制算法研究

该文通过能量反馈和最优控制相结合的方法实现倒立摆系统的自摆起和稳定控制。在摆起阶段采用能量反馈方法实现快速摆起，而在平衡稳定控制阶段，采用一种非线性系统微分几何方法一李理论，对倒立摆系统进行近似线性化，此种线性化方法使模型更多包含原系统主要的非线性部分，更能逼近实际系统，针对采用李理论得到的近似线性化模型，对倒立摆系统进行最优稳定控制设计。仿真和实时控制试验结果表明，文中提出的李理论近似模型线性化方法对于控制器设计结果是有效的，而且采用的能量反馈和最优控制相结合的联合控制策略能够成功实现倒立摆系统的自摆起和稳定控制过程。     

倒立摆系统的自摆起和稳定控制

为了实现一级倒立摆系统自摆起和稳定控制，该文采用了最优控制与PID控制相结合的控制方法。首先，采用Bang—Bang控制理论设计开环时间最优控制器，实现倒立摆的平稳快速摆起，同时设计经典PID控制器控制小车位置；然后采取线性二次型最优控制理论设计LQR控制器，将倒立摆稳定在平衡位置。计算机仿真和倒立摆系统实时仿真表明，文中提出的控制策略和控制算法得到了很好的验证，取得了满意的效果。     

基于混合遗传算法的力矩受限圆轨二级倒立摆摆起控制

为了实现力矩受限时圆轨二级倒立摆非线性系统的摆起控制,提出了一种新的开环优化控制策略.该策略通过在规定的时间内向系统施加一前馈控制序列,使上、下摆杆从自然悬垂位置摆到倒立点位置并使速度为零.为了获得最优摆起控制序列,采用混合遗传算法进行优化计算,通过编码操作解决控制力矩受限问题.仿真实验证明,该策略是有效和可行的,并为其他非线性多变量系统的控制提供了有效方法.     

三级倒立摆的自动摆起与稳定控制

采用非线性逆系统轨迹控制实现三级倒立摆的自动摆起,并设计了变增益LQR控制器将其稳定在竖直倒立位置.首先,三级倒立摆从静止下垂状态摆起到竖直倒立位置的过程,从数学角度看是一个两点边值问题,通过求解该两点边值问题获得摆起的标称轨迹,利用逆系统方法设计前馈控制,同时结合增益调度反馈控制使摆起过程稳定;其次,在稳定控制阶段,...     

基于分段遗传算法的倒立摆摆起控制研究

针对倒立摆摆起这类复杂非线性系统的优化控制问题,提出了一种基于遗传算法的近似全局最优化的控制方法.在导轨长度和控制力受限的情况下,从倒立摆的物理特性出发,以摆杆进入上半平面前的最后一次角速度为零的时刻为分界时刻,将摆起过程分成两个阶段,分别使用自适应交叉、变异算子的遗传算法搜索每个阶段的最优控制决策,实现了1.9 s内一级倒立摆的成功摆起.这种方法可以简化控制规则,优化摆起时间,并使摆杆更加平稳地进入稳摆控制.仿真和实时控制实验,说明该方法是可行的.     

二级倒立摆DU2UD的非线性控制研究

二级倒立摆的两根摆杆有4个平衡点：Down Down、Down Up、Up Down、Up Up。针对旋转二级倒立摆从Down Up平衡态转换到Up Down平衡态的大范围非线性欠驱动控制问题(DU2UD),应用基于动觉智能图式的仿人智能控制理论,将DU2UD控制任务分解为初始扰动、摆起控制、姿态整定、稳摆控制4个子任务,并设计出各自关联图式、运动图式(控制器),构成多控制器与多控制模态的仿人智能控制器结构,并进行了实时控制实验,验证了所述方法的有效性。     

二级倒立摆摆起控制的研究

通过对二级倒立摆系统的理论分析，研究二级摆从自然悬垂位置摆到倒立点位置的摆起控制问题，提出了基于动态设计变量优化算法的复杂非线性系统控制策略．仿真实验证明，该策略可成功地实现圆轨和直轨两种二级倒立摆的摆起控制，并且算法具有较快的收敛速度和较高的计算精度．     

基于Lyapunov能量函数的倒立摆稳定控制

倒立摆是一种复杂的非线性控制系统.通过对其进行控制能够检验控制器的鲁棒性.基于一个能量形式的Lyapunov函数设计了倒立摆稳定控制器使得摆趋于上平衡位置,并且使得小车位移和角度都收敛于零.该控制策略基于系统的总能量,利用其耗散特性设计了Lyapunov函数,并证明了控制系统的稳定性.理论分析及仿真试验表明该控制器对于倒立摆控制具有很强的鲁棒性.     

平行二级倒立摆的稳定控制

将单一输入规则群动态加权模糊推理模型应用于平行二级倒立摆系统，设计出具有6个输入交量的模糊稳定控制器。该模糊控制器规则总数少，直观性强。计算机仿真表明，该模糊控制器能在短时间内同时实现两摆角度及小车位置的控制。     

Analysis of the energy-based control for swinging up two pendulums

This note studies the energy-based control for swinging up two pendulums on a cart and it presents an original analysis of the convergence of the energy and the motion of the two pendulums. For the two pendulums with the different natural frequencies, irrespective of initial state of the two pendulums, it is shown that the energy of each pendulum converges to either of two values, and the motion of the two pendulums can be described by four invariant sets. Moreover, the stability analysis of the motion of the two pendulums is performed via the concept of stability of an invariant set. The results obtained in this note not only show theoretically the effectiveness of the energy-based control for swinging up the two pendulums, but also pave one way for analyzing and designing the energy-based control for more complicated underactuated mechanical systems.     

A new controller for the inverted pendulum on a cart

This paper presents a complete solution to the problem of swinging‐up and stabilization of the inverted pendulum on a cart, with a single control law. The resulting law has two parts: first, an energy‐shaping law is able to swing and maintain the pendulum up. Then, the second part introduces additional control to stop the cart and it is based on forwarding control with bounded input. The resulting control law is the sum of both parts and does not commute between different laws although there exist switches inside the controller. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

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.     

Stability of Nonlinear Systems Using Optimal Fuzzy Controllers and Its Simulation by Java Programming

In this paper, at first, the single input rule modules (SIRMs) dynamically connected fuzzy inference model is used to stabilize a double inverted pendulum system. Then, a multi-objective particle swarm optimization (MOPSO) is implemented to optimize the fuzzy controller parameters in order to decrease the distance error of the cart and summation of the angle errors of the pendulums, simultaneously. The feasibility and efficiency of the proposed Pareto front is assessed in comparison with results reported in literature and obtained from other algorithms. Finally, the Java programming with applets is utilized to simulate the stability of the nonlinear system and explain the internet-based control.      

倒立摆系统的变结构控制方案

对单级倒立摆系统的稳定和鲁棒控制问题,提出了一种基于李雅普诺夫直接法的变结构控制方案,理论分析和计算机模拟都表明该控制方案不仅能镇定倒立摆,实现对台车的位移控制,而且当系统参数变化时也实现了对该系统的鲁棒控制.     

Parametric Stabilization of Quantized Interconnected Systems with Application to Coupled Inverted Pendulums

This paper studies the analysis of parametric stability and decentralized state feedback control of a kind of quantized interconnected systems. The output of each controller is quantized logarithmically before it is input to the subsystem, and the quantized density would affect the stability of the systems. First, a decentralized state feedback controller is designed for interconnected systems without quantization and the corresponding stable region is obtained. Second, for a given controller, the lower bound of the quantization density is evaluated from parameters of local controllers. Finally, the proposed method is applied to coupled inverted pendulums systems which can be viewed as quantized interconnected systems. The simulation results show that by using the proposed quantized controllers, the interconnected inverted pendulum systems are parametrically stabilized.     

Stabilization of the inverted pendulum around its homoclinic orbit

The inverted pendulum has been used as a benchmark for motivating the study of nonlinear control techniques. We propose a simple controller for balancing the inverted pendulum and raise it to its upper equilibrium position while the cart displacement is brought to zero. The control strategy is based on an energy approach of the cart and pendulum system.