一级倒立摆状态反馈控制系统设计

倒立摆控制系统是一个复杂的、不稳定的、非线性系统,对倒立摆系统的研究能有效的反映控制中的许多典型问题。对一级直线型倒立摆,首先运用牛顿运动定律建立倒立摆系统的运动方程,进而求出系统的状态空间表达式,建立数学模型。其次运用状态反馈极点配置法,以小车的位移、速度,摆杆与竖直向上的偏角、摆角变化速度作为四个状态变量,由给定的控制要求求出状态反馈增益矩阵,将极点配置在控制要求的位置。另外考虑到系统的某些状态如小车速度和摆杆角速度不容易直接测量等,本文分别基于小车和摆杆子系统设计了两个全维观测器,分别对状态量进行了重构并给出了仿真结果分析。     

二级倒立摆的H∞状态反馈控制

本文扼要地给出了结构参数不确定系统H∞范数约束下二次稳定的充要条件及相应的控制器设计方法，并对典型的二级倒立摆平控制进行了研究，通过仿真等手段，与常规LQG设计结果进行了全面比较。     

切换控制在倒立摆系统摆起和镇定中的应用

本文针对一级直线型倒立摆对象,基于非线性共振原理和线性二次型最优状态反馈控制,提出了一种基于状态的切换控制策略,实现了倒立摆的快速摆起和镇定。最后通过仿真实验表明,本文提出的方法对一级直线型倒立摆系统的摆起和镇定具有较好效果。     

非线性倒立摆系统的神经网络辨识

基于四种非线性系统模型,对典型的不稳定、非线性、强耦合的倒立摆系统建立了神经网络辨识结构,并对辨识结果进行了简单的比较,讨论了隐含元个数的选择对模型辨识精度的影响。结果表明神经网络对于非线性倒立摆系统的辨识是有效的。     

倒立摆计算机控制系统

倒立摆控制系统在科研和数学中具有非常重要的地位，为适应今科技的发展及教学需要，我们设计出主从式结构的倒立摆计算机控制系统，在系统硬件设计上，采用了集成化方法，计算机系统通讯符合BITBUS总线规范，软件设计采用多任务方式，使系统具有功能强，标准化，可靠性高及使用灵活动等特点。     

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。     

倒立摆系统概述

首先,本文阐述倒立摆的国内外发展现状并介绍倒立摆的自动起摆和稳定控制方法.其次,对倒立摆的稳定控制方法进行比较.最后,对倒立摆控制算法今后的发展趋势做进一步预测.     

基于非线性控制方法的倒立摆系统控制

应用非线性系统跟踪控制方法对倒立摆系统的控制进行研究.基于非线性系统控制方法对倒立摆系统摆的镇定问题、台车位置调节问题和鲁棒控制问题设计出了具体的控制器.最后给出了在所设计的各种控制器作用下系统的仿真结果,结果表明所设计的控制器对倒立摆系统的稳定控制具有良好的效果.     

倒立摆系统自适应高阶微分反馈控制

利用提取的系统高阶微分信息,提出了自适应高阶微分反馈控制器.某种程度上该控制器不依赖于单输入单输出(SISO)非线性仿射系统的模型.并且分析了闭环系统的稳定性和鲁棒性.通过将摆角方程的位移加速度看作是控制输入,将倒立摆系统转化成相互影响的两个SISO仿射系统,从而用两个串级高阶微分反馈控制器成功地实现了倒立摆系统的镇定与调节.数字仿真表明,控制器对摆的基准模型实现了较为满意的控制,而且该控制方法对非线性摩擦项,对摆长、摆质量、小车质量等参数变化以及外扰动具有强鲁棒性.     

平面二级倒立摆基于参数优化的模糊控制

对基于XY平台的平面二级倒立摆进行运动学和动力学分析,得到系统状态方程。通过构造综合误差E和综合误差变化率EC,减少输入变量维数设计模糊控制器,使模糊控制器的控制规则更为简单、有效,同时对量化因子参数进行优化。     

双轮共轴移动式倒立摆动力学建模与状态反馈控制

应用第一类拉格朗日方法对系统进行力学分析,建立了以电机转矩为输入且轮在轴向无滑移的非完整约束下系统的数学模型.双轮共轴移动式倒立摆的运动控制目标是移动式倒立摆在二维平面内按指定的方向和速度运动,同时保持摆杆平衡.利用状态反馈,构造闭环系统的状态方程,通过极点配置求得控制量.仿真结果验证了系统状态方程的正确性和控制方法的合理性.     

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．     

基于滑模变结构的倒立摆系统稳定控制

利用滑模变结构控制对一级倒立摆系统进行了有效控制.首先对一级倒立摆系统的模型进行线性化处理,再利用滑模变结构控制方法对此模型中摆的镇定、台车位置的调节和系统参数不确定性设计了具体的控制规律,并使用饱和函数的方法抑制系统的抖振.最后在Matlab/Simulink上进行了仿真实验,实验结果说明滑模变结构控制方法是有效的.     

LMI-based LSVF control of a class of nonlinear systems with parametric uncertainty: an application to an inverted pendulum system

This work centres around the stabilisation of a nonlinear system containing parametric uncertainty using a new Control Lyapunov Function (using Lie derivatives) which comes up with a linear matrix inequality-based design. The paper has three major contributions. The first one is an extension of a theorem proposed to find the convex-concave bounds of nonlinear function towards robustness. With some restrictions in the structure of the uncertainty, the theory developed here may be applied to find out the bounds of any nonlinear function with uncertainty. The next one is the main contribution of this paper in which the form of the control law obtained is linear and has several advantages from a practical point of view over almost all other nonlinear control techniques. The third one is the expansion of the proposed control scheme towards underactuated systems. To show the effectiveness of the proposed theory the controller design is attempted for both the traditional cart inverted pendulum and the more complex mobile wheeled inverted pendulum model.     

三级倒立摆的自适应神经模糊控制

在三级倒立摆(TIP)系统中, 应用神经网络与模糊控制相结合的自适应神经模糊推理系统(adaptive neuralfuzzy inference system), 根据样本数据调整隶属函数和控制规则参数, 使得训练后ANFIS控制器很好地模拟期望的输入输出数据. 仿真结果表明所设计的ANFIS控制器对三级倒立摆系统的稳定控制是可行的. 与LQR控制相比, 基于ANFIS控制的倒立摆系统具有良好的动态性能和抗干扰性能.     

小车倒立摆的自适应动态面控制

针对一类含有参数扰动和外部扰动的不确定欠驱动系统提出了一种改进自适应动态面控制方法.首先通过坐标变换,小车倒立摆模型转换成部分反馈形式,由半严格形式模型设计动态面控制器.利用模糊逻辑处理系统不确定性的能力设计自适应控制器,然后在传统动态面控制器设计中采用跟踪微分器来得到原稳定化函数的精确微分,解决传统反步法的"微分爆炸",显著提升闭环系统的性能.采用李雅普洛夫方法,设计适当的参数,系统跟踪误差能收敛到原点,仿真结果验证了该方法的有效性.     

倒立摆系统的一种H∞优化控制

在运用H_∞环路成形设计方法时权函数的选择一般是凭经验试凑,不能保证所得控制器综合指标最优;且控制器阶次较高,不便于工程实现和参数调整.鉴于以上问题,提出了基于遗传算法的权函数选取方法,在遗传算法的目标函数里加入对鲁棒性能和时域性能指标的约束,从而得到使控制器综合性能指标最优的权函数,避免了凭经验试凑权函数的盲目性;然后,给出一种用多变量PID控制器逼近此控制器的方法,使所得控制器便于实际运用.最后用此方法对小车倒立摆系统进行仿真,结果表明了该方法的有效性.