一级倒立摆系统设计与LQR最优控制仿真

应用Lagrange力学,对一级倒立摆系统进行数学建模,得出了状态空间方程;设计了一级可控倒立摆系统,并对系统进行了性能分析;设计了直线一级倒立摆的LQR控制器,通过仿真和实验证明,LQR实时控制效果好,保证了系统具有良好的稳定性和鲁棒性。     

基于MATLAB的倒立摆LQR控制方法的研究

在忽略掉倒立摆系统本身自然不稳定因素以及摩擦阻力的影响后,倒立摆系统就成了一个典型的运动刚体系统,利用在惯性坐标系内的经典力学理论建立系统的动力学方程,采用力学分析方法建立直线型一级倒立摆的数学模型。结果证明,基于牛顿力学定律的数学建模方法,应用二次型最优控制理论对一级倒立摆实现控制,并能满足控制系统的稳定性和鲁棒性,用MATLAB进行仿真,并对仿真试验结果进行了分析研究。     

最优控制方法在直线倒立摆中的应用

假设忽略掉倒立摆系统本身不稳定因素(摩擦阻力)的影响后,倒立摆系统就可以看成是一个典型的运动刚体系统。基于牛顿力学定律的数学建模方法,应用二次型最优控制理论对一级倒立摆实现控制,使用在惯性坐标系内的经典力学理论动力学方程,能满足控制系统的一般稳定性和鲁棒性的性能要求。采用MATLAB对倒立摆系统进行仿真模拟实验,并对仿真结果进行分析。     

基于二级倒立摆的数学建模及系统性能分析

基于二级倒立摆非线性、强耦合、多变量和自然不稳定的高阶系统特点,文中采用Lagrange数学建模方法对二级倒立摆模型数学建模并进行系统分析。分析二级倒立摆系统结构及阐述其工作原理,并基于Lagrange方程建立该系统的非线性模型;考虑系统工作特点对建模过程中次要因素进行忽略,并在此基础上对数学模型线性化处理;对二级倒立摆模型的稳定性、可控性及可观性进行分析。结果表明：二级倒立摆模型是一个单输入多输出系统,具有高度不稳定性,但具有良好的可控性和可观性,这为二级倒立摆模型的控制系统研究奠定了坚实的理论基础。     

轮式倒立摆的数学建模及状态反馈控制

轮式倒立摆是检验各种控制理论的理想模型,首先采取牛顿力学分析的方法,依次得出轮式倒立摆中直流电机、车体和摆杆动力学方程,从而基于小角度线性化方法得出轮式倒立摆的近似线性模型;然后基于Matlab进行轮式倒立摆的状态反馈控制,设计出其控制律,验证其可行性,但是轮式倒立摆的数学模型通常是经线性化处理后得出,为了提高仿真准确性,再基于虚拟样机技术,对轮式倒立摆进行Madab与ADAMS的联合仿真,仿真结果显示系统响应曲线在规定时间内迅速收敛至O附近．此结果不仅验证了联合仿真中状态反馈控制的正确性,而且表明联合仿真是控制理论研究中值得推广的方法。     

基于双PID的旋转倒立摆控制系统设计与实现

设计了一款简易旋转倒立摆。对所设计的旋转倒立摆进行了分析,利用Lagrange方程建立了系统的数学模型。在MATLAB中,通过双PID控制模式对旋转倒立摆控制进行仿真,仿真结果与实际运行结果相符合。将MATLAB中的双PID控制算法移植到微控制器中,实现了对旋转倒立摆系统的控制。将系统实际运行参数通过串口上传至上位机,并在虚拟示波器中进行显示。实际运行结果表明所设计的双PID控制器能实现对旋转倒立摆的控制,系统稳定性好,鲁棒性好。     

两轮自平衡机器人双闭环PID控制

两轮自平衡机器人是一个非完整的欠驱动系统,由两个独立且共轴的电机通过驱动车轮来控制机器人的平衡和行走。两轮自平衡机器人是一个倒立摆系统,极不稳定,需要施加有效的控制手段才能使其平衡。文章用牛顿力学构造了系统的非线性数学模型,并简化为线性模型,通过双闭环PID算法控制机器人的平衡。实验结果表明,此方法可以使机器人有较好的稳定性。     

单级倒立摆的两种控制方法的仿真研究

针对多变量、非线性、强耦合性的倒立摆系统,运用牛顿-欧拉方法建立了倒立摆的数学模型。然后对该模型分别进行LQR控制和模糊控制,并在MATLAB环境下进行仿真,其对比结果对该方向的研究具有理论指导意义。     

基于LQR的直线一级倒立摆最优控制系统研究

从理论和实践上对直线一级倒立摆作了深入的研究.用牛顿-欧拉方法建立了倒立摆的数学模型,在此基础上采用线性二次型最优控制方法设计了倒立摆的控制器.通过固高公司GLIP2003倒立摆系统验证了设计结果,并达到较好的控制效果.     

模糊自适应PID控制器的设计及应用研究

为实现多输入多输出、高度非线性、不稳定的倒立摆系统平衡稳定控制,将倒立摆系统的非线性模型进行近似线性化处理,获得系统在平衡点附近的线性化模型,利用牛顿一欧拉方法建立直线型一级倒立摆系统的数学模型.利用模糊控制技术对直线型一级倒立摆系统设计模糊自适应PID控制器,此整定方法有效地把专家经验应用于PID参致调节中,控制器集模糊控制器和PID控制器的优点于一身.仿真表明设计的控制器是有效的,该整定策略是实现自动工业控制器的一种简单、实用的方法.     

直线一级倒立摆的LQR控制器设计

从理论和实践上对线性一级倒立摆作了深入的研究。首先,用拉格朗日方法建立了倒立摆的数学模型。在此基础上采用线性二次型最优控制方法设计了倒立摆的控制器。最后,通过试验验证了设计结果并给出．了控制器的性能评价。     

倒立摆控制系统的建模与仿真

利用Lagrange方程和Sugeno模糊辨识建立了单级倒立摆模型，根据摆角摆动范围的不同，设计了不同的控制器。仿真结果表明了两种建模方式和控制算法的有效性。     

MATLAB的虚拟倒立摆仿真

利用MATLAB提供的V-Realm Builder建立倒立摆三维虚拟场景，用MATLAB的虚拟现实工具箱将倒立摆三维虚拟场景和Simulink中倒立摆仿真模型连接起来，实现了虚拟倒立摆的仿真。     

简易旋转式倒立摆实验装置的控制研究

对倒立摆系统研究具有重要的应用价值,但其严重不稳定,受到了很多变量的影响。在对倒立摆系统进行研究后,提出一种简易典型的旋转式倒立摆实验装置。该装置使用角位移传感器采集摆杆角度,经过STM32处理后,通过运用PID算法来实现对旋转倒立摆的闭环控制,最后结合硬件调节反馈参数。结果表明这种控制方法可以良好的控制旋转式倒立摆。     

Stabilization and tracking control of X-Z inverted pendulum with sliding-mode control

X-Z inverted pendulum is a new kind of inverted pendulum which can move with the combination of the vertical and horizontal forces. Through a new transformation, the X-Z inverted pendulum is decomposed into three simple models. Based on the simple models, sliding-mode control is applied to stabilization and tracking control of the inverted pendulum. The performance of the sliding mode control is compared with that of the PID control. Simulation results show that the design scheme of sliding-mode control is effective for the stabilization and tracking control of the X-Z inverted pendulum.     

基于Lyapunov函数的倒立摆系统设计

针对单级倒立摆，介绍了利用李雅普诺夫函数进行状态反馈的控制方案。首先对单级倒立摆建立近似线性化模型，然后利用李雅普诺夫函数设计了状态反馈控制器，并在MATLAB软件中Simulink环境下对单级倒立摆实验装置实现了实时控制，试验结果验证了该设计方法的有效性。     

高仿真直线一级倒立摆模型设计

给出了直线一级倒立摆的带有阻力效应的非线性数学模型,推导了直线一级倒立摆摆杆在摆动过程中所受到的介质阻力和摩擦力的计算公式,并利用MATLAB的S函数建立了直线一级倒立摆的高仿真模型。通过设置仿真模型的相关参数,可使仿真倒立摆与真实倒立摆的工作状态非常接近。