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。     

自适应神经模糊推理系统在倒立摆控制中的应用

针对单级倒立摆系统具有多变量、非线性、绝对不稳定的特点,应用Matlab/Simulink设计了用于倒立摆系统的、基于自适应神经模糊推理系统的ANFIS控制器,采用反向传播算法和最小二乘算法的混合算法对倒立摆控制样本数据进行学习,调整各变量的隶属度函数,自动产生模糊规则.仿真结果表明,ANFIS控制器对倒立摆系统的摆杆角度和小车位置的控制过程具有良好的动态性能和稳态性能.     

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.     

单级倒立摆系统中模糊控制理论的应用

在分析了单级倒立摆非线性模型的基础上,设计了一种利用模糊控制器进行倒立摆系统控制的方法,并对计算机控制倒立摆系统进行了实际调试.结果表明控制过程具有良好的动态性能和稳态性能,该方案可以得到较为满意的控制效果.     

单级倒立摆系统中模糊控制理论的应用

在分析了单级倒立摆非线性模型的基础上,设计了一种利用模糊控制器进行倒立摆系统控制的方法,并对计算机控制倒立摆系统进行了实际调试。结果表明控制过程具有良好的动态性能和稳态性能,该方案可以得到较为满意的控制效果。     

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。     

模糊自适应PID控制器的设计及应用研究

为实现多输入多输出、高度非线性、不稳定的倒立摆系统平衡稳定控制,将倒立摆系统的非线性模型进行近似线性化处理,获得系统在平衡点附近的线性化模型,利用牛顿一欧拉方法建立直线型一级倒立摆系统的数学模型.利用模糊控制技术对直线型一级倒立摆系统设计模糊自适应PID控制器,此整定方法有效地把专家经验应用于PID参致调节中,控制器集模糊控制器和PID控制器的优点于一身.仿真表明设计的控制器是有效的,该整定策略是实现自动工业控制器的一种简单、实用的方法.     

滑模变结构控制在单级倒立摆系统中的应用研究

基于单级倒立摆的线性和非线性模型,分别设计了滑模变结构控制器,并对滑模运动方程的稳定性进行了分析.其中,为求取倒立摆非线性模型的等效控制和滑模运动,进行了单输入仿射非线性系统方面的研究.     

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。     

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。     

轮式倒立摆的数学建模及状态反馈控制

轮式倒立摆是检验各种控制理论的理想模型,首先采取牛顿力学分析的方法,依次得出轮式倒立摆中直流电机、车体和摆杆动力学方程,从而基于小角度线性化方法得出轮式倒立摆的近似线性模型;然后基于Matlab进行轮式倒立摆的状态反馈控制,设计出其控制律,验证其可行性,但是轮式倒立摆的数学模型通常是经线性化处理后得出,为了提高仿真准确性,再基于虚拟样机技术,对轮式倒立摆进行Madab与ADAMS的联合仿真,仿真结果显示系统响应曲线在规定时间内迅速收敛至O附近．此结果不仅验证了联合仿真中状态反馈控制的正确性,而且表明联合仿真是控制理论研究中值得推广的方法。     

单级旋转倒立摆极点配置与二次型最优控制

为了使旋转倒立摆的旋臂与摆杆始终保持在垂直姿态,通过对单级旋转倒立摆系统结构和动力学分析,建立了合理的状态空间模型并进行了线性化处理,分别通过极点配置和二次型最优控制进行了控制优化,并在Matlab中进行了仿真分析,实现了对旋臂与摆杆的控制。研究结果表明,二次型最优控制具有更好的响应性能和算法简单等特点,在实际应用中具有重要意义。     

平面二级倒立摆的保性能控制

摆系统是一个强耦合、非线性、高阶次的不稳定系统,常规控制方法如PID算法、最优控制算法等。由于摆系统的数学模型是在忽略了次要因素的基础上得出来的,当系统受到外部的干扰时,这些次要因素的影响比较突出,控制系统采用基于线性矩阵不等式的方法设计一系统性能上界最小的最优保性能控制律,以改善系统的瞬态性与鲁棒性。然后采用Matlab的工具箱设计该控制律,并对系统进行仿真。最后采用VC++6.0编写控制程序,实现对平面二级摆系统的实时控制。     

基于自由摆的目标平衡定位系统

自由摆控制系统在基础物理研究、仿人智能控制、工程机械车辆、高层建筑结构控制、医疗手术器械等领域有着重要的应用。自由摆控制系统可以实现在自由摆系统运动过程中对平板的控制以及对目标的定位。文章采用TI MSP430F149单片机作为自由摆控制系统的控制核心,选择角位移传感器测量自由摆的运动位置,单片机控制器根据角位移传感器采集的数据控制细分器,从而精确控制步进电机的运动,完成平板控制和目标定位。     

Inverted pendulum control with allowance for energy dissipation

The behavior of an inverted pendulum hinged on the wheel axis is studied. An algorithm is proposed for solving both the problem of pendulum stabilization in a given position relative to the vertical and the problem of controlling the velocity of the platform on which the pendulum is located under conditions of energy dissipation. Recommendations on choosing control system parameters are given, and the time of transitional processes is estimated.     

保性能控制在平面一级倒立摆的应用研究

摆系统是一个典型的强耦合、非线性、高阶次的不稳定系统,常规控制方法如算法、最优控制算法等.由于摆系统的数学模型是在忽略了次要因素的基础上得出来的,当系统受到外部的干扰时,这些次要因素的影响比较突出,控制系统采用基于线性矩阵不等式的方法设计一系统性能上界最小、保守性最低的最优保性能控制律,以改善系统的瞬态性与鲁棒性.然后采用的工具箱设计该控制律,并对系统进行仿真.最后采用3.1编写控制程序,实现对平面二级摆系统的实时控制.     

倒立摆的PID神经元网络的间接控制系统的研究

摆系统是一个典型的强耦合、非线性、高阶次的不稳定系统.由于摆系统的数学模型是在忽略了次要因素的基础上得出来的,而实际上是一个非线性的系统,当系统受到外部的干扰时,这些次要因素的影响比较突出.实验采用PID神经元,设计一个神经网络间接自适应控制系统,首先用一个神经网络对摆系统模型进行辨识,辨识完成后,辨识模型的权值与隐层积分元的数值传递给具有同样结构的PID神经元的神经网络控制器,对倒立摆进行自适应控制.最后根据以上算法,采用6.0编写控制程序,实现对平面一级摆系统的实时控制.     

一类不确定非线性系统的自适应滑模控制

滑模变结构控制系统能够通过控制其本身结构的变化,使得系统性能保持一直高于一般固定结构控制所能达到的性能,突破了经典线性控制系统的品质限制,适用于非线性的不确定系统。同时滑模控制能保证在模型的不确定和外部扰动的情况下系统的稳定性与鲁棒性,而且以损失能导致抖振的最优控制性能而得到稳定鲁棒性,同时它的不确定性上界必须是已知的,但有时候很难得到上界。这样提出一种自适应的方法以进一步避免这些问题,同时这种方法能保证闭环系统的稳定性。本论文给出仿真结果来验证该方法的有效性。