环型二级倒立摆的控制研究与实现

通过分析环型二级倒立摆系统的动力学特性,将系统的状态空间方程在“倒立”的 平衡点附近进行线性化处理,应用线性二次型最优控制策略,对环型二级倒立摆进行控制器 的设计与仿真实验,并成功地将所设计的控制器应用到实际的环型二级倒立摆系统上,使其 稳定地平衡在“倒立”状态．所做应用与实际实验在国内尚未见到报道．     

环型二级倒立摆的控制研究与实验

通过分析环型二级倒立摆系统的动力学特性，将系统的状态空间方程在“倒立”的平衡点会近进行线性化处理，应用线性二次型最优控制策略，对环型二级倒立摆进行控制器的设计与仿真实验，并成功地将所设计的控制器应用到实际的环形二级倒立摆系统上，使其稳定地平衡在“倒立”状态，所做应用与实际实验在国内尚未见到报道。     

平行倒立摆的微型计算机控制

本文利用现代控制理论对一种特殊形式的倒立摆系统--平行倒立摆系统,进行了细致的研究,成功地实现了这一严重不稳定系统的计算机稳定控制,并取得了良好的效果.该成果为杰出的现代控制理论实验工具--倒立摆实验系统的研究,提供了新的内容.     

倒立摆计算机控制系统

倒立摆控制系统在科研和数学中具有非常重要的地位，为适应今科技的发展及教学需要，我们设计出主从式结构的倒立摆计算机控制系统，在系统硬件设计上，采用了集成化方法，计算机系统通讯符合BITBUS总线规范，软件设计采用多任务方式，使系统具有功能强，标准化，可靠性高及使用灵活动等特点。     

用单板机控制的平行倒立摆系统

本文介绍了在国内由作者首次实现的用8位单板机控制的平行倒立摆系统,它较国外同类装置控制简单,价格便宜。文中还介绍了该系统的数学模型,控制算式及用PC机辅助单板机控制器设计的方法。文末还给出了仿真和实验结果的比较。     

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。     

二级倒立摆的泛逻辑稳定控制研究

针对二级倒立摆的稳定控制问题,提出了一种以泛逻辑学为逻辑基础的控制器,控制器以任意区间[a,b]上的零级泛组合运算模型为核心决策部件,决策过程中考虑到输入变量之间的关系、输入量的测量误差,并允许决策门限连续可变。对二级倒立摆实物系统的泛逻辑稳定控制实验和抗干扰实验,以及同模糊控制方法和线性二次型最优状态调节器控制效果的比较证明了该方法的有效性和优越性。     

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Lyapunov能量函数的倒立摆稳定控制

倒立摆是一种复杂的非线性控制系统.通过对其进行控制能够检验控制器的鲁棒性.基于一个能量形式的Lyapunov函数设计了倒立摆稳定控制器使得摆趋于上平衡位置,并且使得小车位移和角度都收敛于零.该控制策略基于系统的总能量,利用其耗散特性设计了Lyapunov函数,并证明了控制系统的稳定性.理论分析及仿真试验表明该控制器对于倒立摆控制具有很强的鲁棒性.     

基于单片机实现对二级倒立摆的控制

本文简要说明了二级倒立摆系统及其建模。并分析了这个系统的特点。着重于建立一个单片机系统，在状态反馈的基础上实现对倒立摆的控制。     

Stabilization of the inverted pendulum around its homoclinic orbit

The inverted pendulum has been used as a benchmark for motivating the study of nonlinear control techniques. We propose a simple controller for balancing the inverted pendulum and raise it to its upper equilibrium position while the cart displacement is brought to zero. The control strategy is based on an energy approach of the cart and pendulum system.     

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。     

倒立摆的可变增益迭代学习控制算法

对倒立摆系统的平衡控制问题进行研究。在建立系统数学模型的基础上,提出指数变增益迭代学习控制律,并设计了控制器。通过系统仿真实验,结果表明：与常规迭代学习控制律相比较,本文采用的方法收敛速度大大加快,系统动态性能得到很大改善。     

二级倒立摆摆起控制的研究

通过对二级倒立摆系统的理论分析，研究二级摆从自然悬垂位置摆到倒立点位置的摆起控制问题，提出了基于动态设计变量优化算法的复杂非线性系统控制策略．仿真实验证明，该策略可成功地实现圆轨和直轨两种二级倒立摆的摆起控制，并且算法具有较快的收敛速度和较高的计算精度．     

Wheeled inverted pendulum type assistant robot: design concept and mobile control

This paper describes the design concept of the human assistant robot I-PENTAR (Inverted PENdulum Type Assistant Robot) aiming at the coexistence of safety and work capability and its mobile control strategy. I-PENTAR is a humanoid type robot which consists of a body with a waist joint, arms designed for safety, and a wheeled inverted pendulum mobile platform. Although the arms are designed low-power and lightweight for safety, it is able to perform tasks that require high power by utilizing its self-weight, which is the feature of a wheeled inverted pendulum mobile platform. I-PENTAR is modeled as a three dimensional robot; with controls of inclination angle, horizontal position, and steering angle to achieve high mobile capability. The motion equation is derived considering the non-holonomic constraint of the two-wheeled mobile robot, and a state feedback control method is applied for basic mobile controls wherein the control gain is calculated by the LQR method. Through several experiments of balancing, linear running, and steering, it was confirmed that the robot could realize stable mobile motion in a real environment by the proposed controller.     

Minimum-time control for an inverted pendulum under force constraints

In order to numerically solve the minimum-time control problem of a linear system, the system is usually discretized with a fixed sampling period. Then the minimum count of control steps is searched to meet the constraints of the final state and the input variables. Since the count is a variable, there is no direct way for handling such problems except by exhaustive iteration. In contrast to the traditional methods, a new numerical technique was developed recently to avoid the exhaustive iteration. In this method, the control step is fixed and the sampling period is treated as a variable. Since this method requires only two iterations, it will reduce the computation time significantly. This paper applies this new numerical technique to generate the minimum-time trajectory between two end-points for an inverted pendulum under force constraints. Two main issues are addressed. The first one is the problem formulation in discrete-time domain and the second one is the generation of feasible solutions for the global search. Simulation examples are included for illustration.     

二级倒立摆的区间值模糊控制

为了提高倒立摆模糊控制的稳定性,研究了二级倒立摆的区间值模糊控制.根据区间值模糊集理论,由不同类型的隶属度函数构成区间结构,利用区间值模糊蕴涵建立控制规则,设计出二级倒立摆的区间值模糊控制器,并通过仿真与实时控制实验,对比分析了区间值模糊控制与点值模糊控制的性能.实验结果表明,区间值模糊控制具有更好的稳定性和鲁棒性.     

平面倒立摆自适应滑模模糊控制

采用拉格朗日方程建立平面倒立摆的动力学模型,并将其在平衡位置进行线性化,得到了系统在X和Y两个正交控制方向解耦的近似模型．针对每一个控制方向上由互相耦合的基座小车定位子系统和摆杆镇定子系统组成的欠驱动系统,设计了自适应滑模模糊控制器,实现了基座小车沿圆周行走条件下摆杆的运动平衡控制．行走实验验证了所提出控制算法的有效性．     

互联双倒立摆自适应容错模糊控制

针对互联双倒立摆系统,提出了一种基于时滞代换的自适应容错控制方案。该方案用有界的参考信号代换模糊逼近器输入中的未知时滞信号,这使得控制器的设计不再依赖于时滞假设条件。容错反推控制技术和自适应技术相结合来处理代换误差和逼近误差。所提出的方案能有效补偿所有四种类型的执行器故障,同时还可保证闭环系统的全局稳定性。仿真结果进一步验证了该方法的有效性。     

基于滑模变结构的倒立摆系统稳定控制

利用滑模变结构控制对一级倒立摆系统进行了有效控制.首先对一级倒立摆系统的模型进行线性化处理,再利用滑模变结构控制方法对此模型中摆的镇定、台车位置的调节和系统参数不确定性设计了具体的控制规律,并使用饱和函数的方法抑制系统的抖振.最后在Matlab/Simulink上进行了仿真实验,实验结果说明滑模变结构控制方法是有效的.