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。     

LAB WINDOWS/CVI在倒立摆控制系统中的应用

基于固高公司提供的GT-400运动控制器,实现了Lab Windows/CVI与非NI板卡的通讯,并在Lab Windows/CVI平台上开发设计了直线一级倒立摆控制程序,成功调用了固高库函数并实现了对倒立摆的控制。验证了Lab Windows/CVI软件在倒立摆控制系统中应用的可行性,同时也为倒立摆系统的研究提供了新的开发平台。     

RBF-ARX模型在倒立摆系统建模中的应用

针对直线一级倒立摆控制系统的非线性特性,采用RBF-ARX模型对倒立摆系统的全局非线性动态特性进行建模.讨论了RBF-ARX模型结构的选取,模型参数辨识,RBF参数优化等问题.并且分别比较了该倒立摆系统的RBF-ARX模型与全局线性ARX模型,以及将RBF-ARX在某一工作点局部线性化后的模型与局部线性ARX模型的预测输出和模型误差,验证了RBF-ARX模型在倒立摆系统建模和辨识中的有效性.     

基于变量分组模糊控制算法的倒立摆系统

采用模糊控制理论研究了直线一级倒立摆控制问题。直线一级倒立摆系统是多变量不稳系统,为了解决模糊规则爆炸问题,本文采用了变量分组的方法完成倒立摆模糊控制器的设计方案。要使直线一级倒立摆系统稳定,必须对小车位置和摆杆角度同时进行闭环控制,而单一的控制只能控制一个控制量,本文提出了两回路的模糊控制方案。仿真和实验结果证明了该方案的可行性和良好的控制性能。     

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.     

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.     

基于MATLAB/GUI的倒立摆仿真实验平台设计

针对自动控制理论教学中无法在课堂上直接利用倒立摆实验设备进行演示的问题,设计实现了基于MATLAB/GUI(MATLAB’s Graphical User Interface)的直线二级倒立摆仿真实验平台,该平台可集成多个仿真实验,具有很强的可拓展性,能够在界面中修改仿真参数并方便地调用仿真文件进行仿真。通过多次实验,验证了该实验平台的正确性和实用性。     

基于模糊神经网络的倒立摆控制系统

在分析模糊控制、神经网络控制的基础上,根据倒立摆的特点,提出了模糊神经网络的控制结构。使用了遗传算法和BP算法相结合的方式来优化模糊神经网络,并以固高公司的倒立摆做实验,对实验结果进行了深入的研究和分析。     

基于改进粒子群算法的旋转倒立摆PID参数整定

针对旋转倒立摆PID参数整定耗时费力且精度低的问题,对旋转倒立摆实验系统PID参数整定展开了研究.利用MAT-LAB进行仿真,分别采用试凑法、粒子群算法和改进粒子群算法求取了旋转倒立摆的PID参数.实验结果表明,相比于试凑法,通过粒子群算法得到的PID参数可使系统性能更优;改进后的粒子群算法寻优过程产生的超调量和达到收敛所需时间更小,得到的PID参数可进一步提高旋转倒立摆实验系统的性能.基于改进粒子群算法整定旋转倒立摆PID参数的方法在其他控制系统中也有参考价值.     

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。     

复杂条件下倒立摆摆角控制设计与实验研究

首先,研究复杂条件下倒立摆系统的自抗扰摆角控制,将实际系统存在的周期扰动、模型不确定性和间隙迟滞非线性等效成控制系统的输入端扰动．然后,利用扩张状态对输入端扰动进行建模和估计,通过设计扩张状态观测器和状态反馈实现复杂条件下倒立摆系统的摆角控制．最后,针对一类直线倒立摆进行仿真和实验研究．实验结果表明,倒立摆系统的自抗扰摆角控制能够克服三类影响因素对系统性能的影响,并保持良好的控制效果．     

《自动化与信息工程》2006年总目次

类别作者期数页数*自动化技术*综述、论文城市轨道车辆直线电机牵引控制系统..........................................................................................刘敏杰王志平1(1)中小型软件企业项目管理模式研究........................................................................................郑巍曹晶马海晶1(4)倒立摆的PID与LQR控制算法的对比研究..................................................................朱文凯袁桂嫦朱学峰2(1)一种基于粗糙集理论的文本分类方法...............................…     

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．     

二级倒立摆的参数自校正模糊PI控制

为了解决高阶次、多变量、非线性、强耦合的直线二级倒立摆的稳定控制问题,设计了一种参数自校正模糊PI控制器算法。结合线性二次型最优调节器(LQR)方法,设计了融合函数,降低了模糊控制器的维数、减少了控制器规则数、实现了参数在线自校正,进而提高了控制器的性能。借助固高科技倒立摆硬件平台,采用MATLAB仿真及实时控制,系统均能在较短时间内达到稳定,且控制效果较好,满足了稳定性和鲁棒性要求。     

二级倒立摆系统的实时稳定控制实验研究

为实现二级倒立摆系统的实时稳定控制,以深圳固高直线二级倒立摆装置作为控制对象,在MATLAB环境下,利用基于二次型最优控制理论的线性二次型(Linear Quadratic Regulator,LQR)最优控制器,成功实现了该装置的实时稳定控制。为引入新的控制策略,采集二级倒立摆实时控制过程中的LQR控制器数据作为样本,经过自适应神经模糊推理系统(Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System,ANFIS)工具箱训练并生成出一种新型模糊神经网络控制器,应用到装置上同样实现了实时平衡。结果表明,新型控制器较LQR控制器控制效果更优,也为成功实现装置的实时平衡提供了一种新的思路和解决方法。     

基于能量控制与近似输出调节的二级倒立摆起摆和跟踪控制

二级倒立摆是一个典型的欠驱动非线性系统,其控制问题具有一定的挑战性.为了解决时变参考信号下二级倒立摆的起摆和跟踪控制问题,本文提出了一种基于能量控制与近似输出调节方法的起摆和三阶控制器设计方案.首先,采用能量控制方法将第1级摆杆从下垂位置摆起到倒立位置附近;其次,采用滑模控制方法将第1级摆杆稳定在倒立位置,同时,采用等效小车与能量控制相结合的方法将第2级摆杆摆起到倒立位置附近;最后,采用基于近似输出调节理论的多项式近似方法设计三阶控制器实现二级倒立摆的位置跟踪控制.仿真和实验结果均验证了该控制方案的有效性.     

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.     

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.     

单级倒立摆的PID控制研究

对单级倒立摆系统的平衡控制问题进行了研究,分别采用PD,PI和PID三种方案实现了单级倒立摆系统的平衡控制.首先,建立系统的数学模型,然后通过仿真实验设计并整定各方案的控制器参数,将所设计的控制器分别在实际的物理设备上进行实时控制实验,都成功地实现了倒立摆的平衡控制.实际控制结果验证了各方案的正确性和有效性.     

基于改进遗传算法的环形倒立摆PID参数整定

针对传统的环形倒立摆PID控制器参数整定方法主观性强,系统响应性能不佳等问题,提出来了一种基于改进遗传算法的环形倒立摆PID参数整定方法.采用仿真研究方法,比较了试凑法、遗传算法和改进遗传算法求取的PID控制器参数对环形倒立摆的控制效果.实验表明,相比于试凑法,遗传算法得到的PID控制器参数使系统的超调量减小、调节时间缩短;改进的遗传算法得到的PID控制器参数使系统的响应性能进一步优化.改进遗传算法求取PID控制器参数的方法对于环形倒立摆以外的控制系统也有借鉴作用.