基于Lie理论的倒立摆系统的控制算法研究

该文通过能量反馈和最优控制相结合的方法实现倒立摆系统的自摆起和稳定控制。在摆起阶段采用能量反馈方法实现快速摆起，而在平衡稳定控制阶段，采用一种非线性系统微分几何方法一李理论，对倒立摆系统进行近似线性化，此种线性化方法使模型更多包含原系统主要的非线性部分，更能逼近实际系统，针对采用李理论得到的近似线性化模型，对倒立摆系统进行最优稳定控制设计。仿真和实时控制试验结果表明，文中提出的李理论近似模型线性化方法对于控制器设计结果是有效的，而且采用的能量反馈和最优控制相结合的联合控制策略能够成功实现倒立摆系统的自摆起和稳定控制过程。     

基于MPC的二阶倒立摆稳定控制

倒立摆系统是一个典型的欠驱动、强耦合、非线性的机械系统,该文提出了利用模型预测控制（MPC）方法来实现二阶倒立摆系统的稳定控制。首先基于拉格朗日方程对二阶倒立摆系统进行线性化数学建模,其次在多参数二次规划方法的基础上建立了模型预测控制系统,利用Python编程对系统控制做了数值仿真计算,同时讨论了系统在复杂外界条件时的控制效果。研究结果表明,利用模型预测控制对二阶倒立摆系统的稳定控制效果良好。这对控制算法的验证以及其他非线性系统的稳定控制具有重要意义。     

环形一级倒立摆摆起及稳定控制研究

本文通过拉格朗日方程推导出环形一级倒立摆系统的数学模型,用能量方法对该模型进行摆起控制;在倒立摆成功摆起后,在倒立平衡点对系统模型进行线性化,并用线性二次型最优控制(LQR)算法对倒立摆线性化模型进行稳定控制。仿真结果表明本文给出的控制方法是有效的。     

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.     

基于T-S模糊控制模型的单级倒立摆仿真研究

为了实现对单级倒立摆非线性不稳定系统的稳定控制,本文利用模糊控制理论中的T-S模糊模型将其处理成多个局部线性模型的模糊逼近,并进行了模糊控制器的设计.通过Simulink对倒立摆系统进行了建模仿真和对系统控制效果的分析,结果表明:此模型实现了对单级倒立摆的稳定控制,并且具有模糊规则少、结构简单、很好的稳定性和快速性等优点,对于其它非线性不稳定系统的控制提出了一种有效的途径.     

倒立摆系统可线性化建模条件及稳定控制的研究

对单级倒立摆系统进行线性化建模,在初始摆角为5°的条件下采用了LQR和PD两种控制算法进行了稳定控制,都取得了良好的控制效果.在初始摆角从0°到-20°变化时,以步长为-4°进行了递推运算,分别得到了两组仿真曲线图,实验证明,两种控制算法的可线性化建模条件为|θ(0)|≤8°否则系统将呈现明显的非线性特性,线性化模型将很不准确,最后从实现稳定控制和可线性化建模条件两方面出发得出,PD控制优于LQR控制.     

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.     

倒立摆系统的自摆起和稳定控制

为了实现一级倒立摆系统自摆起和稳定控制，该文采用了最优控制与PID控制相结合的控制方法。首先，采用Bang—Bang控制理论设计开环时间最优控制器，实现倒立摆的平稳快速摆起，同时设计经典PID控制器控制小车位置；然后采取线性二次型最优控制理论设计LQR控制器，将倒立摆稳定在平衡位置。计算机仿真和倒立摆系统实时仿真表明，文中提出的控制策略和控制算法得到了很好的验证，取得了满意的效果。     

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.     

单级倒立摆稳定控制及其联合仿真

针对倒立摆系统的稳定控制,提出了一种基于广义扩展线性化的非线性控制方法,设计了非线性状态反馈控制器.同时利用ADAMS软件建立单级倒立摆虚拟样机模型,通过其输入输出接口实现对Matlab的通信,并进行了ADAMS/Controls控制模块与Matlab联合仿真分析.仿真结果验证了控制方法的有效性,且更接近物理样机控制效...     

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.     

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。     

Optimal Control of Nonlinear Inverted Pendulum System Using PID Controller and LQR: Performance Analysis Without and With Disturbance Input

Linear quadratic regulator(LQR) and proportional-integral-derivative(PID) control methods, which are generally used for control of linear dynamical systems, are used in this paper to control the nonlinear dynamical system. LQR is one of the optimal control techniques, which takes into account the states of the dynamical system and control input to make the optimal control decisions.The nonlinear system states are fed to LQR which is designed using a linear state-space model. This is simple as well as robust. The inverted pendulum, a highly nonlinear unstable system, is used as a benchmark for implementing the control methods. Here the control objective is to control the system such that the cart reaches a desired position and the inverted pendulum stabilizes in the upright position. In this paper, the modeling and simulation for optimal control design of nonlinear inverted pendulum-cart dynamic system using PID controller and LQR have been presented for both cases of without and with disturbance input. The Matlab-Simulink models have been developed for simulation and performance analysis of the control schemes. The simulation results justify the comparative advantage of LQR control method.     

旋转二级倒立摆的二次型最优控制研究

针对多变量、非线性和强耦合的旋转二级倒立摆系统,采用分析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.将系统的状态空间方程在平衡点附近进行线性化处理,分别采用线性二次型最优控制策略LQR及LQY方法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研究.对控制结果进行了详细分析研究,对于实现其他不稳定系统的控制,有着一定的借鉴价值.     

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.     

平面倒立摆建模与最优控制算法的研究

倒立摆系统是一个多变量、非线性、高阶次、强耦合、欠驱动的自然不稳定系统,是自动控制理论教学和研究中典型的物理模型。本文以平面倒立摆系统为研究对象,使用拉格朗日方程建立了多级平面倒立摆的数学模型。采用线性二次最优控制算法,分别设计了LQR及LQR-模糊控制器,实现平面多级倒立摆的平衡控制,结论证明了本文设计的LQR控制器有很好的稳定性、鲁棒性和适应性。     

单级倒立摆LQR最优控制及其嵌入式系统实现

倒立摆以其非线性特点成为控制理论分析和设计的典型实验设备.针对单级倒立摆系统,建立其数学模型,设计了线性二次型最优控制器,利用Matlab进行了仿真验证.同时,搭建了控制系统的实物实验平台,利用Z-World公司的嵌入式系统实现了该控制算法,并进行了调试,完成了倒立摆的平衡控制.并作了一些干扰实验来验证系统性能.仿真研究和实物实验的结果,表明在嵌入式控制系统中实现的LQR最优控制算法具有很好的控制效果,使倒立摆具有良好的动态性能和稳态性能.     

单级旋转倒立摆的二次型最优控制研究

针对多变量、非线性和强耦合的单级旋转倒立摆系统,采用拉格朗日方法推导单级旋转倒立摆系统的数学模型,并在平衡点附近进行线性化处理,分析了系统的性能.分别采用线性二次型最优控制策略LQR及LQY方法对旋转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研究.实验分析表明这两种控制方案可行,且效果良好.     

单级倒立摆建模及其控制方法设计

单级倒立摆控制是一个即复杂而又对准确性、快速性要求很高的非线性不稳定系统控制问题。单级倒立摆数学模型的建立对研究其稳定性具有指导作用。用拉格朗日功能平衡法建立了倒立摆的刚体动力学方程,采用了LQR法对其进行了控制设计,并且进行了MATLAB仿真,结果表明此方法均可以成功控制倒立摆,使其稳定并具有良好的鲁棒性。     

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。