单片机在倒立摆控制系统的应用

通过对一阶旋转倒立摆系统原理的分析,选用单片机作为控制器,直流电机作为执行器,电位器式角度传感器作为反馈环节,采用PID控制算法设计实现了一阶旋转倒立摆控制系统。实验结果表明该系统在稳定的基础上具有较强的鲁棒性,验证了PID控制算法在一阶旋转倒立摆系统中应用的可行性和有效性。     

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。     

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。     

基于单级倒立摆的遗传神经网络控制研究

由于倒立摆是一个高阶次、非线性和自然不稳定系统,为了改善单级倒立摆的稳定性问题,提出一种改进遗传算法的RBF(径向基函数)神经网络控制方法.该方法以传统遗传算法为基础,通过对适应度值的自适应缩放、交叉率和变异率自适应调整等策略实现对RBF神经网络基函数参数和权值的优化.通过单级倒立摆仿真实验分析表明,虽然改进遗传算法的...     

基于切换方法的倒立摆起振和平衡控制

采用切换控制的方法实现环型倒立摆的起振和平衡控制。通过设计非线性前馈控制器实现倒立摆的起振控制,当环型倒立摆达到非稳定平衡点附近的时候,切换到线性状态反馈控制器实现倒立摆的镇定控制。改变线性状态反馈控制器的输入还可以实现环型倒立摆的旋转平衡控制。仿真验证了控制策略的有效性。     

单级旋转倒立摆极点配置与二次型最优控制

为了使旋转倒立摆的旋臂与摆杆始终保持在垂直姿态,通过对单级旋转倒立摆系统结构和动力学分析,建立了合理的状态空间模型并进行了线性化处理,分别通过极点配置和二次型最优控制进行了控制优化,并在Matlab中进行了仿真分析,实现了对旋臂与摆杆的控制。研究结果表明,二次型最优控制具有更好的响应性能和算法简单等特点,在实际应用中具有重要意义。     

自适应神经模糊推理系统在倒立摆控制中的应用

针对单级倒立摆系统具有多变量、非线性、绝对不稳定的特点,应用Matlab/Simulink设计了用于倒立摆系统的、基于自适应神经模糊推理系统的ANFIS控制器,采用反向传播算法和最小二乘算法的混合算法对倒立摆控制样本数据进行学习,调整各变量的隶属度函数,自动产生模糊规则.仿真结果表明,ANFIS控制器对倒立摆系统的摆杆角度和小车位置的控制过程具有良好的动态性能和稳态性能.     

旋转倒立摆的数学建模与计算机控制

运用动力学原理建立了单级旋转倒立摆系统的数学模型.在此基础上基于计算机辅助设计,进行了仿真研究,设计出控制规律,最后实现了旋转式倒立摆的计算机控制.     

旋转倒立摆的数学建模与计算机控制

运用动力学原理建立了单级旋转倒立摆系统的数学模型.在此基础上基于计算机辅助设计,进行了仿真研究,设计出控制规律,最后实现了旋转式倒立摆的计算机控制.     

基于遗传算法的神经网络控制器

本文介绍了一种用遗传算法训练神经网络控制器的设计方法,并将该控制器应用在对倒立摆的控制中,仿真实验显示了良好的控制效果.     

直线二级倒立摆系统的H_∞鲁棒最优控制

针对存在模型参数不确定性和外部扰动的直线型二级倒立摆系统的稳摆控制问题,对如何实现倒立摆系统鲁棒稳定的同时,还保证其达到期望的最优控制性能和H_∞性能指标的稳定性控制问题进行了研究。基于状态反馈、最优控制和H_∞鲁棒控制方法设计了一个H∞鲁棒最优控制器,用来实现对该倒立摆系统的稳摆控制。利用设计的控制器,基于倒立摆实验平台和Matlab数值仿真平台,使用该控制器来实现系统的控制并对稳定倒立摆的过程进行了验证。研究结果表明,该控制器能较好的实现对直线型二级倒立摆的稳摆控制,并对受控系统的模型参数摄动有较好的鲁棒性,同时还能利用最优的控制作用达到期望的H_∞性能指标。     

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.     

Control of a 2-DOF omnidirectional mobile inverted pendulum

In this paper, stabilization of a 2-degrees-of-freedom (2-DOF) omnidirectional mobile inverted pendulum (OM-IP) is studied. The OM-IP consists of the rod that rotates around a rotary point of a universal joint which is connected at the center of the omnidirectional mobile platform (OMP). For ease of analysis, the OM-IP is decoupled into two subsystems: a 2-DOF inverted pendulum (IP) and an OMP. The IP is a rod that rotates around a universal joint with 2-DOF. The OMP is a body consisting of disk and three omnidirectional wheels that moves on plane and keeps the rod in balance. Dynamic modeling of the 2-DOF OM-IP is presented. From the dynamic equation, an adaptive backstepping control method is proposed to keep the rod in balance. Update law is presented as differential equation of an unknown parameter when the distance from the center of gravity of the rod to the rotary point on the OMP is unknown. Stability of the adaptive controller is proven by using Lyapunov function. Simulation and experimental results show the effectiveness of the proposed controller.     

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。     

A composite controller for trajectory tracking applied to the Furuta pendulum

In this paper, a new composite scheme is proposed, where the total control action is composed of the sum of a feedback-linearization-based controller and an energy-based compensation. This new proposition is applied to the rotary inverted pendulum or Furuta pendulum. The Furuta pendulum is a well-known underactuated mechanical system with two degrees of freedom. The control objective in this case is the tracking of a desired periodic trajectory in the actuated joint, while the unactuated link is regulated at the upward position. The closed-loop system is analyzed showing uniformly ultimately boundedness of the error trajectories. The design procedure is shown in a constructive form, such that it may be applied to other underactuated mechanical systems, with the proper definitions of the output function and the energy function. Numerical simulations and real-time experiments show the practical viability of the controller. Finally, the proposed algorithm is compared with a tracking controller previously reported in the literature. The new algorithm shows better performance in both arm trajectory tracking and pendulum regulation.     

基于鲁棒保性能控制的倒立摆虚拟现实仿真研究

为研究倒立摆的虚拟现实仿真教学平台,首先建立了倒立摆的数学模型,叙述并分析了基于线性矩阵不等式（LMI）的鲁棒保性能控制方法;然后基于鲁棒保性能控制器和虚拟现实技术,建立了倒立摆的虚拟现实仿真系统。研究结果表明：相对于PID控制器,鲁棒保性能控制器能使系统具有更好的渐近稳定性、干扰抑制能力和最优性能;而虚拟现实技术在教育领域中的应用,能给人以身临其境的感觉,增加了学生学习控制理论知识的兴趣。     

基于Bang-Bang控制的倒立摆系统摆起和镇定

针对一级直线型倒立摆对象 ,基于Bang-Bang控制和线性二次型最优状态反馈控制 ,提出了一种基于状态的切换控制策略 ,实现了倒立摆的快速摆起和镇定。最后通过仿真实验表明 ,本文提出的方法对一级直线型倒立摆系统的摆起和镇定具有较好效果     

倒立摆系统的分段变结构自举控制

首先给出了倒立摆系统的精确数学模型,然后通过分段变结构控制使摆杆摆起并达到最终平衡状态.在第1阶段,采用继电控制使摆杆平稳快速摆起;当摆杆摆动到平衡位置附近时切换到第2阶段,即采用李雅普诺夫直接法设计的变结构控制器,并通过饱和函数削弱变结构控制系统的抖振,实现对倒立摆的稳定控制.最后通过计算机仿真表明,变结构控制策略和控制算法良好地实现了一级倒立摆系统的自举控制,同时也证明了变结构控制方法在非线性系统控制方面的应用价值.     

基于微分平坦的旋转倒立摆双闭环抗扰 PID 控制

针对一类不稳定、欠驱动二自由度旋转倒立摆系统, 提出一种基于微分平坦的双闭环抗扰 PID 控制方法。 首先, 建立倒 立摆的非线性动力学模型, 利用近似线性化分析系统的不稳定零动态与非最小相位特性; 然后, 结合微分平坦理论, 设计倒立摆 平坦输出,重构系统平坦状态, 并建立平坦状态与角度输出之间的转化关系,克服倒立摆的非最小相位影响; 进一步, 针对微分 平坦系统, 设计抗扰 PID 双闭环控制结构和带宽化调节方法, 在主动抗扰机制下实现对摆杆角度与悬臂角度的精准控制; 最后, 通过仿真与实验, 验证所提方法的有效性和实用性。 所提方法为欠驱动系统提供了一种结构简单、抗扰能力强的控制方案。