三自由度直升机多模型LQR控制器设计

通过对三自由度直升机模型实验系统的总体分析,引入了多模型切换思想,建立了多模型LQR控制器。针对多模型LQR控制器将数学模型以高度角和俯仰角两个角度为变量建立多模型集合,运用Matlab搭建仿真对控制器进行仿真实验,并通过直升机高度角、俯仰角和旋转角的跟踪准确性、快速性以及超调量大小等控制指标,直接地度量控制器控制效果的好坏,将控制效果最优的多模型LQR控制器应用于直升机实物模型之上,运用Matlab中的实时工作空间（RTW）和Quanser公司专用控制软件Wincon实现对直升机实物的实时控制,控制效果良好。     

基于LQR的无人直升机姿态控制器设计

无人直升机控制系统是一个易受环境干扰的、各通道相互耦合的非线性系统.为了实现无人直升机能在不同环境下自主飞行,需要设计抗干扰能力强的控制器;采用系统辨识的方法得到直升机横向通道和纵向通道姿态环路的线性系统模型;根据线性最优二次型理论,对直升机横向通道和纵向通道的姿态环路设计了LQR最优控制器,使用MATIAB仿真选取最优控制器参数后,在ALIGN 700N直升机上进行了实际飞行试验,仿真和飞行试验表明,采用LQR控制技术设计的无人直升机姿态控制器具有较强的鲁棒性和实用性.     

模糊自整定PID控制在三自由度直升机实验系统中的应用

针对三自由度直升机的飞行高度和飞行速度的跟踪控制,设计了模糊自整定PID控制器.介绍了三自由度实验系统的组成及其数学模型.设计了基于LQR的常规PID控制器和皋于模糊控制理论的模糊自整定PID控制器.应用2种方法对直升机的飞行高度和飞行速度进行实时控制.实验结果表明,模糊自整定PID控制有更快的响应速度,更好的稳定性和鲁棒性.     

基于LQR最优调节器的倒立摆控制系统

倒立摆控制系统是一个典型的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强藕合控制系统。本文研究分析了单节倒立摆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，并用该方法实现对单节倒立摆的最优控制，MATLAB仿真结果和实验结果表明了该方法的有效性。     

精馏塔的H∞优化控制仿真

该文基于H∞控制理论对精馏塔设计了优化控制器,并进行了闭环仿真实验。仿真结果表明：当系统存在干扰时,H∞控制器比线性二次型最优调节器（LQR）使精馏塔实际达到的优化性能指标和综合控制指标都要好。     

基于LQR的直升机悬停控制律设计与仿真

建立了某型直升机数学模型,并将该模型分解为纵向模型和横侧向模型两部分,提出了悬停控制律应该达到的稳态指标;以该型直升机为被控对象,采用输出反馈线性二次型调节器(LQR)技术设计了由纵向控制律和横侧向控制律组成的悬停控制律,使得直升机能取得满意的悬停性能指标;以该型直升机模型、执行器模型以及设计的悬停控制器构成全数字闭环仿真系统进行控制律仿真验证;仿真结果表明,文中设计的悬停控制律正确有效,能够较好地实现直升机的悬停功能,另外,由于该悬停控制律是基于输出反馈的,在工程上也比较容易实现。     

三自由度直升机的嵌入式控制系统

实验室配备的三自由度直升机采用PC机+运动控制卡的控制方案,该方案偏离了真实直升机的飞行控制系统方案。为此,采用ARM+μC/OSII设计了三自由度直升机的嵌入式控制系统。由外接的飞行摇杆给出三自由度直升机平台姿态角的指令信号,通过以EasyARM1138为核心的嵌入式控制系统,采用闭环反馈的数字PID控制,实现了对三自由度直升机俯仰角和横侧角的精确控制,并可模拟真实飞机的"辅助操纵"、"全自动驾驶"、"改平"3种工作模式。     

基于实时仿真平台直升机系统控制策略研究

直升机飞行控制系统属于典型的多输入-多输出系统,本身具有非线性特性,是控制系统工程中较为复杂的被控对象,设计有效的低成本的直升机的飞行控制系统日益受到重视.本文设计了一种新型的直升机实时仿真系统,利用加拿大Quanser公司开发的三自由度运动仿真平台,基于Matlab的实时工作间进行了飞行控制系统的设计,通过代码自动生成环境产生实时仿真代码,进行仿真实验.本文介绍了系统的组成,建立了系统的数学模型,设计了系统的控制器,并对最优控制策略进行了研究.控制器在传统PID控制方案的基础上采用LQR控制方案.最后经仿真验证可知,LQR控制器可以实现最优控制,该系统控制效果较好.     

基于LQR的直升机最优控制系统的设计

设计了直升机LQR最优控制系统，并针对LQR控制中加权矩阵和难以确定的问题，进行了试验分析，从实际控制效果出发．找出了系统响应与和之间遵循的规律，为在利用该方法进行其它控制系统设计中和的选取提供了参考。     

基于参数估计误差的鲁棒自适应律设计及验证

针对传统自适应控制系统设计的自适应律参数收敛慢进而影响控制系统瞬态性能的问题,研究一类新的基于参数估计误差修正的鲁棒自适应律设计.首先引入滤波操作给出参数估计误差的提取方法,构建出含参数估计误差修正项的自适应律,进而将该自适应律用于控制器设计和分析中,可同时实现控制误差和参数估计误差指数收敛.对比分析了几类传统自适应律和所提出自适应律的收敛性和鲁棒性,并给出了保证参数收敛所需持续激励条件的一种直观、简便的在线判别方法.数值仿真及基于自制三自由度直升机系统俯仰轴实验结果表明,基于参数误差修正的自适应律及控制器可得到优于传统自适应方法的跟踪控制和参数估计性能.     

平面倒立摆建模与最优控制算法的研究

倒立摆系统是一个多变量、非线性、高阶次、强耦合、欠驱动的自然不稳定系统,是自动控制理论教学和研究中典型的物理模型。本文以平面倒立摆系统为研究对象,使用拉格朗日方程建立了多级平面倒立摆的数学模型。采用线性二次最优控制算法,分别设计了LQR及LQR-模糊控制器,实现平面多级倒立摆的平衡控制,结论证明了本文设计的LQR控制器有很好的稳定性、鲁棒性和适应性。     

倒立摆系统的最优控制应用研究

针对倒立摆系统的不稳定性,对最优控制理论在倒立摆控制系统中的应用进行了分析,设计LQR控制器,并在倒立摆实验装置上进行了实验。实验结果表明设计的控制器是有效的,对倒立摆系统的平衡稳定控制效果好,提高了系统的抗干扰能力。     

军用履带车辆半主动悬挂系统最优控制研究

将磁流变阻尼器这种智能减振装置应用于履带车辆悬挂系统中,构成了新型的半主动式悬挂系统,研究了磁流变阻尼器的力学特性,建立了1／2车体振动模型,采用基于最优控制理论的半主动控制算法,确定了悬挂系统的最优控制力,并对典型沙土路面激励下,某型军用履带车辆半主动悬挂系统的垂直加速度、垂直位移、角加速度和角位移的响应情况进行了仿真分析,结果表明该控制算法有着很好的减振效果。     

磁悬浮控制系统的建模与仿真研究

针对磁悬浮系统33-210的球体位置控制问题,建立了系统的数学模型,设计LQR状态控制器,同时介绍了磁悬浮系统的基本工作原理.从电磁学和力学的角度对系统进行分析.由于磁悬浮系统是个非线性、不稳定、复杂的控制对象,采用了平衡点线性化处理方法,得出系统的线性化模型.基于最优控制理论对系统进行分析,设计LQR状态控制器,得出系统参数的最优解,应用Madab6.5作为系统仿真的平台.通过对系统的阶跃扰动的分析,可知系统的相对稳定性得到了提高,缩短了变量的响应时间,达到较好的控制效果.     

Optimal Control of Nonlinear Inverted Pendulum System Using PID Controller and LQR: Performance Analysis Without and With Disturbance Input

Linear quadratic regulator(LQR) and proportional-integral-derivative(PID) control methods, which are generally used for control of linear dynamical systems, are used in this paper to control the nonlinear dynamical system. LQR is one of the optimal control techniques, which takes into account the states of the dynamical system and control input to make the optimal control decisions.The nonlinear system states are fed to LQR which is designed using a linear state-space model. This is simple as well as robust. The inverted pendulum, a highly nonlinear unstable system, is used as a benchmark for implementing the control methods. Here the control objective is to control the system such that the cart reaches a desired position and the inverted pendulum stabilizes in the upright position. In this paper, the modeling and simulation for optimal control design of nonlinear inverted pendulum-cart dynamic system using PID controller and LQR have been presented for both cases of without and with disturbance input. The Matlab-Simulink models have been developed for simulation and performance analysis of the control schemes. The simulation results justify the comparative advantage of LQR control method.     

不确定时滞系统的全局鲁棒最优滑模控制

针对一类不确定性时滞系统, 研究线性二次型最优调节器的鲁棒性设计问题. 首先基于级数近似方法, 将原标称时滞系统的最优调节器问题转化为迭代求解一族不含时滞的两点边值问题, 从而获得标称时滞系统最优控制的近似解. 然后将滑模控制理论应用于最优调节器的设计, 使得系统对于不确定性具有全局的鲁棒性, 并且其理想滑动模态与标称系统的最优闭环控制系统相一致, 从而实现了全局鲁棒最优滑模控制. 仿真示例将所提出的方法与相应的二次型最优控制进行比较, 验证了该方法的有效性和优越性.     

履带车辆悬挂系统半主动控制仿真

磁流变减振器是一种新型的阻尼器,具有结构简单、响应迅速、出力大和耗能小等特点,通过改变线圈电流来调节其阻尼力,在结构振动半主动控制领域有着广阔的应用前景.该文将这种阻尼器应用于履带车辆悬挂系统的半主动控制中,建立出了二自由度1/2车体模型,采用最优控制算法,得出了悬挂系统的最优控制力,并采用控制系统仿真软件 MATLAB中的Simulink工具进行仿真计算,得出了被动悬挂与半主动悬挂车体垂直加速度和角加速度时域响应曲线.通过比较表明该悬挂系统半主动控制能使位移和加速度同时减少30%以上,具有较好的减振效果.     

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。     

基于运动预测的路径跟踪最优控制研究

针对自动导引车的路径跟踪.提出一种基于运动预测的线性二次型调节器优化模型.在速度约束下.从全局角度通过运动预测达到多步控制的最优协调性.在目标函数中只包含速度控制量,避免了加权矩阵选择的难题,算法的快速性由控制步数的最小化来保证.数字仿真和实验均表明.对于不同速度和路径偏差,该算法均能产生可实现的最优控制序列,同步、快速和平稳地消除两种偏差,且计算量小,可满足嵌入式控制系统实时滚动优化的需求.     

磁导航AGV纠偏控制模型的研究与设计

针对轮式移动机器人循迹偏差问题,以差速驱动型AGV为研究对象,基于LQR(LinearQuadratic Regulator)线性二次型最优控制算法设计磁导航AGV纠偏控制器,控制AGV速度实现循迹跟踪。通过对磁导航AGV偏差建模,将决定AGV运行的驱动电机线性化,建立其状态空间模型,判别系统能控、能观性;同时用Matlab进行仿真设计,实验得到最佳Q、R完成最优控制器设计;通过Simulink设计基于LQR最优控制算法的AGV纠偏控制系统模型,并与传统PID控制算法进行对比分析表明,论文设计的基于LQR算法纠偏控制模型具有更好的收敛性和实时响应性。