旋转式倒立摆系统的算法研究及仿真

倒立摆主要有直线式倒立摆、旋转式倒立摆、平面倒立摆等。选取旋转式倒立摆作为研究对象,介绍了系统的机械结构部分,通过分析力学中的拉格朗日法建立了系统的数学模型,研究了两种现代控制算法在旋转式倒立摆系统中的应用：极点配置法及LQR法,并运用MATLAB和SIMULINk工具在两种方法下进行了仿真实验,仿真结果表明：这两种算法在旋转式倒立摆系统的控制中都是可行的,而且效果令人满意。     

倒立摆系统的最优控制应用研究

针对倒立摆系统的不稳定性,对最优控制理论在倒立摆控制系统中的应用进行了分析,设计LQR控制器,并在倒立摆实验装置上进行了实验。实验结果表明设计的控制器是有效的,对倒立摆系统的平衡稳定控制效果好,提高了系统的抗干扰能力。     

一种镇定倒立摆系统的新方法

在对倒立摆系统深入分析的基础上，应用振荡控制理论提出一种镇定倒立摆系统的新方法。通过在倒上摆支承点的垂直方向上加入一个零均值的高频振荡信号，改善了倒立摆系统本身的稳定性，使其在倒立位置附近成为一振荡稳定系统。理论分析和仿真研究表明这种方法是行之有效的，为研究倒立摆一类自不稳定系统开辟了一条新的途径。     

基于DSP的二轮小车-倒立摆系统

为了提高倒立摆运动的自由度,同时也提高了控制难度,以便实现更多的控制内容,利用DSP的强大功能,设计了一种基于DSP的二轮小车—倒立摆系统。介绍了以DSP芯片TMS320LF2407为核心的二轮小车—倒立摆的硬件系统的开发,以及运用现代控制理论设计的控制软件,实现小车—倒立摆的倒立平稳控制和在小车—倒立摆保持倒立状态下的自由位置移动控制。控制结果表明了二轮小车—倒立摆系统的设计是成功的,原先的控制设想也是可行的。     

二级倒立摆在受控情况下的运动稳态分析

通过对二级倒立摆系统物理结构的分析,总结了二级倒立摆系统在受控稳定状态下可能出现的各种运动状态。在由单电机控制的二级倒立摆稳定的基础上,分析控制倒立摆系统稳定的控制量与系统稳定运动状态之间存在的关系。通过实验,得到了两级摆杆之间的3种在受控稳定下的具体运动状态,证明了二级倒立摆的运动状态与系统控制中的某些参数存在着明显的关联,并且为从理论上分析这些运动状态和控制参数之间的关系提供了一定的依据。     

基于灰色预测模型的倒立摆LQR最优控制

基于一级倒立摆系统线性模型的不确定性,建立了灰色预测模型.提出了一种基于灰色预测模型的一级倒立摆LQR最优控制算法,通过系统仿真,与一级倒立摆LQR最优控制进行了对比,结果表明基于灰色预测模型的倒立摆LQR最优控制具有更强的鲁棒性和更好的节能效果.     

二级倒立摆变结构控制改进方案的对比研究

关于二级倒立摆稳定性优化控制问题,二级倒立摆是一个高度非线性系统,具有强耦合和快速运动的特点。但目前采用常规滑动模态变结构控制方法使系统出现高频抖动,导致系统存在稳定性差的问题。采用直线二级倒立摆为被控对象,通过用指数趋近律、边界层法和连续函数的趋近律三种改进方案对二级倒立摆系统进行了仿真,实验效果的对比结果表明,三种方案均能实现对二级倒立摆的稳定性有效控制,并可以使系统抖振得到抑制,为二级倒立摆稳定性设计提供了依据。     

旋臂式倒立摆的控制设计与仿真

针对旋臂式倒立摆的稳定控制问题,建立了二阶旋臂式倒立摆系统的数学模型,运用连续系统线性二次型最优控制理论,设计了旋臂式倒立摆控制系统的线性二次型调节器,使倒立摆系统在闭环状态下稳定。运用Matlab进行仿真,通过与传统的极点配置方法相比较,发现最优控制效果更好。     

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．     

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。     

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.     

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。     

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.     

不确定平面二级倒立摆的鲁棒自适应控制

为提高倒立摆控制系统的抗扰动能力,降低其对未建模动态等的敏感度,研究了不确定平面二级倒立摆的鲁棒自适应控制器的设计方法。把倒立摆动力学模型分解为确定和不确定两部分,用一个非线性参数化模糊逻辑系统逼近平面二级倒立摆的不确定动态,采用李雅普诺夫稳定性理论推导出使平面二级倒立摆的状态误差渐近收敛的鲁棒控制器及自适应律。理论分析和仿真结果表明所提出的控制算法是有效的。     

二级倒立摆控制器的仿真与设计

该文运用现代控制理论并以MATLAB语言为辅助设计工具，在计算机上进行二级倒立摆系统的外控制器的分析与设计工作。用模拟电路实现了外控制器，并在二级倒立摆上实验成功。证实了降阶观测器可以用模拟电路近似实现，即使是较复杂的系统，现代控制理论的应用也不一定要求运算的高精度。用于现代控制理论实验课教学中便于学生理解和接受。     

小车二级摆摆起控制器设计

研究了小车二级并行摆系统及小车二级串行摆系统的摆起控制器设计问题,并给出了这两种系统的实验结果.首先,针对上述两种系统,设计了两步控制器,即1)摆起双摆达到倒立稳摆位置的控制器,2)进行稳摆控制的控制器.其次,由于小车二级摆位移受轨道长度限制,又考虑了小车位移的控制问题.上述两种实际系统的摆起及稳摆成功,验证了所提出设计方法的有效性.     

Investigation of the Double Pendulum System by the Normal Form Method in MATHEMATICA

The paper is devoted to the application of the normal form method to the investigation of the double pendulum system with the use of the MATHEMATICA computer algebra system.     

Nonlinear generalized equations of motion for multi-link inverted pendulum systems

In this paper, the equations of motion for a general multi-link inverted pendulum system are derived. Assumptions previously employed to simplify such formulation are removed. The pendulum system is more general and includes nonlinear friction terms to suit various engineering applications. The generalized equations are first developed in the absolute coordinate system using Lagrange's technique, then a simple linear transformation is proposed to obtain the set of nonlinear equations in the DevanitHartenberg coordinate system. The equations of motion for double and triple link inverted pendulum systems are given as examples for such dynamics equations.