一级倒立摆系统设计与LQR最优控制仿真

应用Lagrange力学,对一级倒立摆系统进行数学建模,得出了状态空间方程;设计了一级可控倒立摆系统,并对系统进行了性能分析;设计了直线一级倒立摆的LQR控制器,通过仿真和实验证明,LQR实时控制效果好,保证了系统具有良好的稳定性和鲁棒性。     

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。     

旋转型倒立摆应用T-S模型模糊控制的研究

针对不稳定旋转倒立摆系统 ,在对其进行动力学分析的基础上 ,借助于状态反馈极点配置方法 ,提出了一种基于T -S模型的模糊控制器设计方法 ,并进行了计算机仿真。仿真结果表明 ,该方法具有响应快、稳定性好 ,是解决倒立摆及高阶不稳定系统等问题的理想方案     

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。     

高仿真直线一级倒立摆模型设计

给出了直线一级倒立摆的带有阻力效应的非线性数学模型,推导了直线一级倒立摆摆杆在摆动过程中所受到的介质阻力和摩擦力的计算公式,并利用MATLAB的S函数建立了直线一级倒立摆的高仿真模型。通过设置仿真模型的相关参数,可使仿真倒立摆与真实倒立摆的工作状态非常接近。     

基于切换方法的倒立摆起振和平衡控制

采用切换控制的方法实现环型倒立摆的起振和平衡控制。通过设计非线性前馈控制器实现倒立摆的起振控制,当环型倒立摆达到非稳定平衡点附近的时候,切换到线性状态反馈控制器实现倒立摆的镇定控制。改变线性状态反馈控制器的输入还可以实现环型倒立摆的旋转平衡控制。仿真验证了控制策略的有效性。     

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。     

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。     

基于广义预测控制的倒立摆设计及仿真实现

倒立摆是典型的非线性、不稳定的控制对象,针对倒立摆的特点本文利用广义预测控制算法解决了直线一级倒立摆摆杆自由下垂时,保持倒立摆的自由下垂状态,并用仿真的方法研究了它们的控制性能和特点,从而实现对复杂非线性系统的实时控制,实现了倒立摆的摆起及稳定控制,起到了较好的控制效果.     

倒立摆系统的分段变结构自举控制

首先给出了倒立摆系统的精确数学模型,然后通过分段变结构控制使摆杆摆起并达到最终平衡状态.在第1阶段,采用继电控制使摆杆平稳快速摆起;当摆杆摆动到平衡位置附近时切换到第2阶段,即采用李雅普诺夫直接法设计的变结构控制器,并通过饱和函数削弱变结构控制系统的抖振,实现对倒立摆的稳定控制.最后通过计算机仿真表明,变结构控制策略和控制算法良好地实现了一级倒立摆系统的自举控制,同时也证明了变结构控制方法在非线性系统控制方面的应用价值.     

基于ADAMS和MATLAB的双回路PID控制倒立摆联合仿真

倒立摆系统是典型的快速、多变量、非线性、绝对不稳定系统,是检验各种控制理论的理想模型。研究了倒立摆系统的构成并建立了数学模型,针对摆杆角度和小车位移两个输出量采用双回路PID控制并设计了PID控制器,在ADAMS软件中建立了倒立摆系统的机械模型,在MATLAB软件中建立了控制模型,通过接口实现了双回路PID控制倒立摆的联合仿真。文中方法直接从ADAMS中产生机械系统仿真模型,避免了推导、列写较复杂的方程描述机械系统,大大简化了建模过程,而且能够更直观地观察仿真结果。     

基于鲁棒保性能控制的倒立摆虚拟现实仿真研究

为研究倒立摆的虚拟现实仿真教学平台,首先建立了倒立摆的数学模型,叙述并分析了基于线性矩阵不等式（LMI）的鲁棒保性能控制方法;然后基于鲁棒保性能控制器和虚拟现实技术,建立了倒立摆的虚拟现实仿真系统。研究结果表明：相对于PID控制器,鲁棒保性能控制器能使系统具有更好的渐近稳定性、干扰抑制能力和最优性能;而虚拟现实技术在教育领域中的应用,能给人以身临其境的感觉,增加了学生学习控制理论知识的兴趣。     

基于MATLAB的倒立摆LQR控制方法的研究

在忽略掉倒立摆系统本身自然不稳定因素以及摩擦阻力的影响后,倒立摆系统就成了一个典型的运动刚体系统,利用在惯性坐标系内的经典力学理论建立系统的动力学方程,采用力学分析方法建立直线型一级倒立摆的数学模型。结果证明,基于牛顿力学定律的数学建模方法,应用二次型最优控制理论对一级倒立摆实现控制,并能满足控制系统的稳定性和鲁棒性,用MATLAB进行仿真,并对仿真试验结果进行了分析研究。     

二自由度机器人的Matlab仿真

本文介绍了控制系统中的经典问题——倒立摆及其基本原理,简要介绍了Matlab中倒立摆控制的实现方法。由于倒立摆的研究具有重要的工程背景,本文结合了二级倒立摆的matlab仿真,实现二自由度机器人PD控制的matlab仿真,取得了较好的效果。     

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。     

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。     

基于微分平坦的旋转倒立摆双闭环抗扰 PID 控制

针对一类不稳定、欠驱动二自由度旋转倒立摆系统, 提出一种基于微分平坦的双闭环抗扰 PID 控制方法。 首先, 建立倒 立摆的非线性动力学模型, 利用近似线性化分析系统的不稳定零动态与非最小相位特性; 然后, 结合微分平坦理论, 设计倒立摆 平坦输出,重构系统平坦状态, 并建立平坦状态与角度输出之间的转化关系,克服倒立摆的非最小相位影响; 进一步, 针对微分 平坦系统, 设计抗扰 PID 双闭环控制结构和带宽化调节方法, 在主动抗扰机制下实现对摆杆角度与悬臂角度的精准控制; 最后, 通过仿真与实验, 验证所提方法的有效性和实用性。 所提方法为欠驱动系统提供了一种结构简单、抗扰能力强的控制方案。     

MATLAB的虚拟倒立摆仿真

利用MATLAB提供的V-Realm Builder建立倒立摆三维虚拟场景,用MATLAB的虚拟现实工具箱将倒立摆三维虚拟场景和Simulink中倒立摆仿真模型连接起来,实现了虚拟倒立摆的仿真。