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。     

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。     

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衡控制系统进行了研究.通过仿真等手段,与常规LQG设计结果进行了全面比较.     

基于状态反馈的倒摆系统的设计与仿真

倒立摆系统是一个复杂的、绝对不稳定的非线性系统.本文给出了二级倒立摆系统的硬件组成,从运动学的角度建立了系统的数学模型,并应用状态反馈对二级倒摆系统进行控制设计,经仿真验证得到了较好的控制效果.     

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.     

基于特征结构配置的倒立摆控制系统设计

研究倒立摆优化控制问题,针对多变量、非线性、强耦合的倒立摆系统存在不稳定性的特点,在控制系统设计中建立倒立摆系统的非线性数学模型,并在平衡点附近将其进行线性化后得到线性化模型.考虑到外部干扰,进一步得到倒立摆系统的干扰线性化模型.为保证从扰动到倒立摆系统输出的H<,∞>范数满足期望的抑制水平和闭环区域极点约束的条件下,应用特征结构配置算法,建立了状态反馈控制器设计的优化数学模型,并通过Matlab工具箱进行仿真,求得优化解.结果证明,所提出的方法是有效的.     

直线一级倒立摆的视觉伺服控制

把视觉引入倒立摆的控制中,建立了视觉伺服的倒立摆系统.利用针孔摄像机的成像几何模型建立与图像坐标有关的状态空间方程,采用基于图像的视觉伺服控制方法,对摆杆在像平面上的位置进行实时控制.在Matlab环境下用LQR(Linear Quadratic Regulator)和极点配置法进行仿真,对比仿真结果.验证了系统方程推导的正确性,以及控制算法的有效性.     

基于拉格朗日建模的单级倒立摆起摆与稳定控制

基于拉格朗日方法建立直线一级倒立摆系统的数学模型.采用能量反馈进行倒立摆的起摆控制,在平衡点附近切换并采用现代控制理论中的状态空间极点配置以实现稳定控制.仿真和实验结果表明该方法对单级直线倒立摆系统的起摆与稳定控制具有很好的效果.     

非线性倒立摆系统平衡点反馈控制参数的优化计算

本文基于圆轨倒立摆非线性系统模型,建立了平衡点状态反馈控制参数的高精度优化算法,编制计算程序确定出反馈控制参数,并对圆轨倒立摆平衡点的实例控制.与将系统线性化后的反馈参数的计算分析相比,本文研究方法具有较大平衡范围.仿真与实例平衡控制都表明了本文研究方法的可行性.     

倒立摆的简易现代控制

分析了ZWP-Ⅱ倒立摆系统的力学特性,将系统的状态空间描述建立在“倒立”的平衡点附近,然后进行线性化处理,得到系统的状态方程。对系统进行合理的降阶处理后,再对系统进行连续化分析设计,并由此构建状态反馈,实现倒立摆的稳定控制。它大大简化了计算,使误差减少,控制效果很好。     

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.     

Simultaneous fault detection and antisaturated control based on dynamic observer for inverted pendulum control system

This paper focuses on the problem of simultaneous fault detection and antisaturated control for an inverted pendulum control system. The system input is the acting control voltage that generates the force on the cart. However, the acting control voltage is obviously limited by the voltage amplitude. This means that the actuator of the constructed system model is saturated. Hence, the detector/controller unit produces two signals: the detection and antisaturated control. In this process, the effects of disturbances and noises on detection and control purposes need to be suppressed. Finally, two simulation examples verify the effectiveness of the method.     

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.     

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.     

直线型倒立摆的自抗扰控制设计方案

对直线型倒立摆系统,采用自抗扰控制技术来设计控制方案.对于这样的单输入双输出、强非线性、强耦合的不稳定系统,在原自抗扰控制算法的基础上,通过增加一个跟踪微分器和控制律由两个被控量的误差组合构成的方法,突破了原有的自抗扰控制算法只适用于单输入单输出系统的限制,实现了摆的偏角和小台车位移的良好控制效果,数字仿真结果证实了这种方法的有效性.     

二级倒立摆的状态变量合成模糊神经网络控制

为解决模糊神经网络在控制多变量系统时的规则组合爆炸问题，提出用状态变量合成模糊神经网络控制二级倒立摆。该方法既能解决具有快速、强非线性、绝对不稳定系统的控制问题，又能对状态变量可摈性质和类型分类的多变量系统，大大减少模糊神经网络控制器的规则数，有利于利用专家的控制经验。实验结果证实了该方法的控制效果好，鲁棒性强。     

基于模糊加权的倒立摆混合控制

针对小车倒立摆系统,提出了一种线性状态反馈控制和滑模控制模糊加权的控制方法.滑模控制器的作用是将摆角控制在零的一个邻域内,在此邻域内首先采用近似的线性化模型来描述倒立摆系统,然后采用基于极点配置的方法设计系统的线性状态反馈控制器以使系统的状态稳定在给定值,两个控制器的输出通过加权求和作为倒立摆的控制作用.仿真结果证实了该方法的有效性.     

Mathematical modeling of elastic inverted pendulum control system

Inverted pendulums are important objects of theoretical investigation and experiment in the area of control theory and engineering. The researches concentrate on the rigid finite dimensional models which are described by ordinary differential equations(ODEs) .Complete rigidity is the approximation of practical models; Elasticity should be introduced into mathematical models in the analysis of system dynamics and integration of highly precise controller. A new kind of inverted pendulum, elastic inverted pendulum was proposed, and elasticity was considered. Mathematical model was derived from Hamiltonian principle and variational methods, which were formulated by the coupling of partial differential equations (PDE) and ODE. Becausse of infinite dimensional, system analysis and control of elastic inverted pendulum is more sophisticated than the rigid one.