平面倒立摆自适应滑模模糊控制

采用拉格朗日方程建立平面倒立摆的动力学模型,并将其在平衡位置进行线性化,得到了系统在X和Y两个正交控制方向解耦的近似模型．针对每一个控制方向上由互相耦合的基座小车定位子系统和摆杆镇定子系统组成的欠驱动系统,设计了自适应滑模模糊控制器,实现了基座小车沿圆周行走条件下摆杆的运动平衡控制．行走实验验证了所提出控制算法的有效性．     

平面二级倒立摆的圆周行走与镇定控制

采用拉格朗日方程建立了平面二级倒立摆的非线性动力学模型, 将其在平衡位置线性化, 得到系统在两个正交控制方向解耦的近似模型. 针对每一个方向上由互相耦合的基座小车定位子系统和摆杆镇定子系统所组成的六阶欠驱动系统, 设计了自适应滑模模糊控制器, 实现了基座小车沿圆周行走条件下摆杆的镇定控制, 验证了该控制算法对欠驱动、不稳定、多变量耦合系统的有效性.     

Selection and impact of different topologies in multi-layered hierarchical fuzzy systems

An evolutionary algorithm based approach for selection of topologies in hierarchical fuzzy systems (HFS) is presented. Coupling fuzzy system with evolutionary algorithm provides a solution to the automated acquisition of the fuzzy rule base. It is difficult to study the problem of hierarchical decomposition for a large class of fuzzy systems but it is possible to analyse such architectures on the example of a particular fuzzy system, such as inverted pendulum. Topology of the HFS must be selected according to the physical properties of the dynamical system under consideration. Different HFS topologies for an inverted pendulum system are investigated and analysed to address the problem of how input configuration in multi-layered structure affects the controller performance. The experiments are conducted to test controller performance for different topologies of the hierarchical fuzzy system. The impact of different topologies on control process is discussed. The results from the case study of inverted pendulum can be extended to other dynamical systems.     

自平衡控制系统的平衡性仿真

自平衡两轮移动式倒立摆是三个自由度的强耦合和非线性的自然不稳定系统。虽然现代控制论中的状态反馈的极点配置对两轮移动式倒立摆的平衡起到了一定的控制作用,但是在现实多干扰的外界环境中,控制论中极点配置算法的控制作用就很难满足实际控制需要。针对两轮移动式倒立摆数学模型,给出详细的力学推导并在Simulink环境下,对状态反馈的极点配置法控制的两轮移动式倒立摆处于不同的坡度平衡情况进行了仿真和分析。     

Fuzzy servo control of an inverted pendulum system

In this paper, an application of fuzzy servo control for stabilizing inverted pendulum system will be discussed. The inverted pendulum system is a simple system that consists of pendulum and cart but has strong nonlinearity and inherent instability. It is used as benchmark problem for study the performance and effectiveness of new control method. The idea behind this control method is to divide the operating region of nonlinear system into small areas, and to treat as a collection of local linear servo systems by using Davison?CSmith method. The control rule of each local linear servo systems is calculated using pole assignment method proposed by Hikita. Fuzzy method is applied to each local linear servo system and combines it as new control rule. The simulations have been done and the comparisons have been made between the fuzzy servo control and linear servo control. The simulation to study the effect of reference r????0 is done. The comparisons between different values of weight matrix Q _n for fuzzy membership function and disturbance also have been done. The results show that the proposed method can stabilize the system better than linear servo control and follow the reference given. The effect of variant value of values of weight matrix Q _n for fuzzy membership function and disturbance also can be observed.     

倒立摆系统中强化学习的极限环问题

倒立摆系统是强化学习的一种重要的应用领域。首先分析指出在倒立摆系统中,常用的强化学习算法存在着极限环问题,算法无法正确收敛、控制策略不稳定。但是由于在简单的一级倒立摆系统中算法的控制策略不稳定的现象还不明显,因此极限环问题常常被忽视。针对强化学习算法中极限环问题,提出基于动作连续性准则的强化学习算法。算法采用修正强化信号和改进探索策略的方法克服极限环对倒立摆系统的影响。将提出的算法用于二级倒立摆的实际系统控制中,实验结果证明算法不仅能成功控制倒立摆,而且可以保持控制策略的稳定。     

多自由度参数振动混沌控制方法研究

基于耦合倒立双摆模型,本文采用Liapunov-Floquet变换,将周期时变系统转化为时不变系统,并引入反馈和极点配置,对该多自由度系统做参数振动进行主动控制.对研究的系统结合单位脉冲响应进行了稳定性分析,并成功地应用于系统混沌控制.     

一种改进的三级倒立摆变论域模糊控制器设计

在传统变论域模糊控制系统中, 论域随着输入的变化实时改变, 论域的反复调整降低了控制的实时性, 同时伸缩因子的函数结构和参数也不易确定. 基于上述问题本文设计了基于改进型变论域算法的三级倒立摆模糊控制器: 首先提出了相对变论域控制思想, 然后采用模糊逻辑推理器构造了伸缩因子, 实时调整输入变量, 从而相对性地改变论域大小, 避免了传统伸缩因子的函数结构和参数不易确定的问题, 并根据系统闭环响应曲线设计了控制 器输出调整因子. 最后采用极点配置方法对状态变量进行综合, 避免了规则爆炸问题. 三级倒立摆的仿真结果表明了该方法具有较好的控制效果.     

模糊趋近率的滑模控制在倒立摆系统中的应用研究

采用Lagrange函数建立了旋转二级倒立摆系统的状态空间方程。为了解决常规滑模控制的抖振问题,提出了一种以极点配置为基础的模糊趋近律滑模控制策略。将模糊逻辑控制与趋近律相结合,推导出模糊趋近律。仿真结果表明,该方法不仅保留了滑模控制系统具有的较强的鲁棒性,同时改善了控制系统滑动模态的品质,消除了系统的抖振。     

二级倒立摆状态反馈控制器设计优化方法

设计了一种二级倒立摆的状态反馈控制器。研究了一种基于单纯形算法的参数优化方法。首先给出了二级倒立摆系统模型并分析了系统特性,设计了状态反馈控制器,提出基于ITAE(Integrated Time&Absolute Error)性能指标应用单纯形优化方法对状态反馈控制参数进行优化设计,以快速准确地得到状态反馈阵,并利用固高GLIP2002型直线倒立摆系统进行仿真分析和二级倒立摆系统控制实验,实现了二级倒立摆优化控制。提出的一种如何寻找使系统稳定且具有较好性能的状态反馈控制参数这一控制领域重要问题的解决方法,避免了极点配置法手动试凑方法调试参数困难的问题,对非线性、强耦合运动体的控制具有理论意义和应用价值。     

直线二级倒立摆模糊算法的应用研究

针对我校智能控制实验室二级倒立摆控制规律单一的现状,对二级倒立摆控制规律进行二次开发.根据二级倒立摆多变量、非线性、强耦合、绝对不稳定的特性.本文采用两种模糊算法来实现二级倒立摆的仿真研究与实时控制.首先,提出了模糊最优控制算法,采用融合函数来解决因多变量的存在而产生的“规则爆炸问题”;其次,提出了分层模糊控制的思想,使系统更符合人类的思维逻辑,更容易控制.     

基于变量分组模糊控制算法的倒立摆系统

采用模糊控制理论研究了直线一级倒立摆控制问题。直线一级倒立摆系统是多变量不稳系统,为了解决模糊规则爆炸问题,本文采用了变量分组的方法完成倒立摆模糊控制器的设计方案。要使直线一级倒立摆系统稳定,必须对小车位置和摆杆角度同时进行闭环控制,而单一的控制只能控制一个控制量,本文提出了两回路的模糊控制方案。仿真和实验结果证明了该方案的可行性和良好的控制性能。     

鲁棒极点配置约束下的模糊控制系统设计

针对一类利用T-S模糊模型近似描述的不确定非线性系统,给出了一种具有鲁棒极点配置功能的模糊控制器和模糊状态观测器的设计方法.首先,利用并行分配补偿(PDC)设计思想和基于线性矩阵不等式(LMI)的鲁棒极点配置理论,得到了使整个闭环系统全局渐近稳定并满足希望的动态性能的充分条件.然后将这些条件转化为标准的LMI问题.最后将该设计方法应用于倒立摆的平衡控制中,验证了本方法的有效性.     

基于Takagi—Sugeno的再励学习模糊神经网络控制

提出一种模糊神经网络的自适应控制方案。针对连续空间的复杂学习任务，提出了一种竞争式Takagi—Sugeno模糊再励学习网络，该网络结构集成了Takagi-Sugeno模糊推理系统和基于动作的评价值函数的再励学习方法。相应地，提出了一种优化学习算法，其把竞争式Takagi-Sugeno模糊再励学习网络训练成为一种所谓的Takagi-Sugeno模糊变结构控制器。以一级倒立摆控制系统为例．仿真研究表明所提出的学习算法在性能上优于其它的再励学习算法。     

基于Takagi-Sugeno的再励学习模糊神经网络控制

提出一种模糊神经网络的自适应控制方案。针对连续空间的复杂学习任务,提出了一种竞争式Takagi-Sugeno模糊再励学习网络,该网络结构集成了Takagi-Sugeno模糊推理系统和基于动作的评价值函数的再励学习方法。相应地,提出了一种优化学习算法,其把竞争式Takagi-Sugeno模糊再励学习网络训练成为一种所谓的Takagi-Sugeno模糊变结构控制器。以一级倒立摆控制系统为例,仿真研究表明所提出的学习算法在性能上优于其它的再励学习算法。     

基于T-S模型二级倒立摆的逐级模糊控制

针对二级倒立摆系统,提出了一种逐级模糊控制策略.该种方法基于Takagi-Sugeno模型,利用分级思想,设计逐级模糊控制规则,实现二级倒立摆系统的稳定控制.仿真结果表明,该种模糊控制策略规则数较少,控制精度高,比较适合于解决控制快速、多变量、非线性不稳定系统时遇到的规则组合爆炸问题,具有较强的实用性.     

四级倒立摆的状态变量合成模糊神经网络控制

文章给出了四级倒立摆系统的硬件组成，分析了四级倒立摆的系统结构、建立了数学模型。分析了系统的可控性、可观测性，给出了一种基于状态变量合成的模糊神经网络控制控制方法。在实践中证明该方法可行，成功地立起四级倒立摆。     

Asymptotic Smooth Stabilization of the Inverted 3-D Pendulum

The 3-D pendulum consists of a rigid body, supported at a fixed pivot, with three rotational degrees of freedom; it is acted on by gravity and it is fully actuated by control forces. The 3-D pendulum has two disjoint equilibrium manifolds, namely a hanging equilibrium manifold and an inverted equilibrium manifold. The contribution of this paper is that two fundamental stabilization problems for the inverted 3-D pendulum are posed and solved. The first problem, asymptotic stabilization of a specified equilibrium in the inverted equilibrium manifold, is solved using smooth and globally defined feedback of angular velocity and attitude of the 3-D pendulum. The second problem, asymptotic stabilization of the inverted equilibrium manifold, is solved using smooth and globally defined feedback of angular velocity and a reduced attitude vector of the 3-D pendulum. These control problems for the 3-D pendulum exemplify attitude stabilization problems on the configuration manifold SO(3) in the presence of potential forces. Lyapunov analysis and nonlinear geometric methods are used to assess global closed-loop properties, yielding a characterization of the almost global domain of attraction for each case.      

A self-organizing fuzzy logic controller for dynamic systems usinga fuzzy auto-regressive moving average (FARMA) model

The paper proposes a complete design method for an online self-organizing fuzzy logic controller without using any plant model. By mimicking the human learning process, the control algorithm finds control rules of a system for which little knowledge has been known. In a conventional fuzzy logic control, knowledge on the system supplied by an expert is required in developing control rules, however, the proposed new fuzzy logic controller needs no expert in making control rules, Instead, rules are generated using the history of input-output pairs, and new inference and defuzzification methods are developed. The generated rules are stored in the fuzzy rule space and updated online by a self-organizing procedure. The validity of the proposed fuzzy logic control method has been demonstrated numerically in controlling an inverted pendulum     

基于分层模糊控制的弹性倒立摆系统

随着技术水平的提高,对许多机械系统的高速化和轻量化的要求也变得越来越苛刻,这就需要以减小其重量作为代价,而重量的减少将引起其弹性刚度的减弱,导致系统振动的加剧。为了实现对具有弹性的不稳定系统的控制,该文重点对弹性倒立摆的稳定性控制进行了研究,利用分层模糊控制实现了弹性倒立摆在可移动小车上的动态平衡。通过仿真和具体实验的结果证明,该系统具有良好的鲁棒稳定性。