平面一级倒立摆的稳定控制

平面倒立摆系统是进行控制理论研究的理想实验平台.在对平面一级倒立摆进行运动学和动力学分析的基础上,采用拉格朗日方程建立了它的动力学模型.分别设计了LQR控制器和模糊控制器,应用所设计的控制器对倒立摆系统进行了实时控制实验.验证了两种控制方法的优缺点.     

直线柔性连接两级倒立摆系统建模

倒立摆系统是一个复杂的、非线性的、不稳定的高阶系统。倒立摆的控制一直是控制理论及应用的典型课题，而实施有效控制的关键是对该系统进行建模。在对倒立摆系统进行了概要的介绍后，详述了如何利用拉格朗日方程对直线柔性连接两级倒立摆建模。科研人员可基于此模型研发各种控制策略。     

直线柔性连接两级倒立摆控制器设计

倒立摆系统是一个复杂的、非线性的、不稳定的高阶系统。倒立摆的控制一直是控制理论及应用的典型课题。分析了如何利用拉格朗日方程对直线柔性连接两级倒立摆系统建模，采用LQR法设计最优控制器，进行了具体架构以及阐述了此系统设计的控制器在实际物理系统中的实现问题。所设计的控制器对此倒立摆系统成功实施了控制，既证明了系统建模的正确性，也是倒立摆控制中的一项重大突破。相关研究成果将在航天科技及机器人学等领域发挥重要作用．     

旋转二级倒立摆的二次型最优控制研究

针对多变量、非线性和强耦合的旋转二级倒立摆系统,采用分析力学理论分析旋转二级倒立摆系统的结构,建立了旋转二级倒立摆系统的数学模型状态空间方程,分析了系统的稳定性和可控性.将系统的状态空间方程在平衡点附近进行线性化处理,分别采用线性二次型最优控制策略LQR及LQY方法对旋转二级倒立摆系统进行控制系统设计,并借助Matlab平台进行了仿真实验研究.对控制结果进行了详细分析研究,对于实现其他不稳定系统的控制,有着一定的借鉴价值.     

旋转二级倒立摆的控制系统设计与仿真

小车倒立摆系统是一个典型的多变量、非线性、强耦合和快速运动的自然不稳定系统,其控制问题被公认为控制理论的一个典型问题,是控制理论研究的典型实验平台.旋转二级倒立摆是一种新型的倒立摆装置,与同级的直线轨道倒立摆相比,结构简单紧凑,但模型更复杂和不稳定,对控制算法提出更高的要求,增加了控制难度.该文基于动力学理论分析旋转二级倒立摆系统的结构,建立了旋转二级倒立摆系统的数学模型状态空间方程,分析了系统的稳定性和可控性.采用二次型最优控制策略对旋转二级倒立摆系统进行控制系统设计,并借助Matlab平台进行了仿真实验.实验结果证明了其控制有效性,该控制结果与其它控制方法相比,有较优的稳态特性和快速性,系统处在较大的非平衡初始状态,旋转二级摆杆也能稳定地控制在倒立平衡位置附近.因此可以进一步扩展到多级旋转倒立摆的控制,对于实现其它不稳定系统的控制,也有着一定的借鉴价值.     

单级倒立摆建模及其控制方法设计

单级倒立摆控制是一个即复杂而又对准确性、快速性要求很高的非线性不稳定系统控制问题。单级倒立摆数学模型的建立对研究其稳定性具有指导作用。用拉格朗日功能平衡法建立了倒立摆的刚体动力学方程,采用了LQR法对其进行了控制设计,并且进行了MATLAB仿真,结果表明此方法均可以成功控制倒立摆,使其稳定并具有良好的鲁棒性。     

基于MPC的二阶倒立摆稳定控制

倒立摆系统是一个典型的欠驱动、强耦合、非线性的机械系统,该文提出了利用模型预测控制（MPC）方法来实现二阶倒立摆系统的稳定控制。首先基于拉格朗日方程对二阶倒立摆系统进行线性化数学建模,其次在多参数二次规划方法的基础上建立了模型预测控制系统,利用Python编程对系统控制做了数值仿真计算,同时讨论了系统在复杂外界条件时的控制效果。研究结果表明,利用模型预测控制对二阶倒立摆系统的稳定控制效果良好。这对控制算法的验证以及其他非线性系统的稳定控制具有重要意义。     

单级倒立摆的简化模糊控制及仿真研究

单级倒立摆系统是一种广泛应用的物理模型,为了研究其特性,应用拉格朗日方程建立了其精确数学模型,建模中考虑了摩擦力.同时为解决模糊多变量控制中的"维数灾"问题,利用单输入规则动态加权推理模糊控制器(SIRMs)实现了单级倒立摆系统的控制,SIRMs将多维模糊控制问题化简成单维模糊控制问题来解决,大大减少了模糊规则数.利用随机优化搜索法优化了控制参数,其中,所建立的动态参数权重使得摆杆角度控制优先于小车位移控制,故倒立摆不会因为同时控制角度与小车位移而失去稳定性.利用Vissim对基于SIRMs模糊控制器的倒立摆系统进行了仿真实验,结果表明该方法能够较好地完成倒立摆的运动控制,系统跟踪速度快,超调量小,具有很强的鲁棒性和更好的动静态特性,验证了模型和控制算法的有效性.     

基于H∞鲁棒控制的单级倒立摆控制器设计

以存在建模误差和干扰输入的非线性单级倒立摆为研究对象,建立了被控数学模型.在不确定性干扰因子影响下,利用基于Riccati方程的H∞控制分析研究了摆角和台车位置控制原理,设计了H∞鲁棒控制器.最后的实例仿真验证了在单级倒立摆系统上,H∞鲁棒控制较PID控制相比,具有优异的动态性能和稳定性能.     

基于DSP的两轮式倒立摆自平衡控制系统

应用动力学理论的拉格朗日方程对两轮式倒立摆自平衡控制系统进行系统分析和数学建模,并基于状态反馈等控制理论对控制系统进行仿真,实现了基于DSP的软件控制,使系统在各种运动状态下保持平衡.两轮式自平衡控制系统已经初步实现自平衡,以及行走等功能.