二级倒立摆控制器的仿真与设计

该文运用现代控制理论并以MATLAB语言为辅助设计工具，在计算机上进行二级倒立摆系统的外控制器的分析与设计工作。用模拟电路实现了外控制器，并在二级倒立摆上实验成功。证实了降阶观测器可以用模拟电路近似实现，即使是较复杂的系统，现代控制理论的应用也不一定要求运算的高精度。用于现代控制理论实验课教学中便于学生理解和接受。     

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．     

一级倒立摆控制器的设计与实现

该文以固高一级直线型倒立摆为研究对象,根据LQR控制和PID控制的优缺点互补,采用LQR控制结合PID的控制器,使系统具有结构简单、易于实现以及具有较强的适应性和鲁棒性,并且可以获得良好的动态性能和稳态性能。     

分数阶系统的分数阶PID控制器设计

对于一些复杂的实际系统,用分数阶微积分方程建模要比整数阶模型更简洁准确.分数阶微积分也为描述动态过程提供了一个很好的工具.对于分数阶模型需要提出相应的分数阶控制器来提高控制效果.本文针对分数阶受控对象,提出了一种分数阶PID控制器的设计方法.并用具体实例演示了对于分数阶系统模型,采用分数阶控制器比采用古典的PID控制器取得更好的效果.     

直线一级倒立摆系统的频率响应设计分析

利用牛顿—欧拉方法建立直线型一级倒立摆系统的数学模型。在分析的基础上,基于频率响应设计法思想,设计直线型一级倒立摆系统的超前校正控制器。由MATLAB仿真验证设计的控制器是合理的。     

利用三菱PLC制作直线一级倒立摆

倒立摆系统是自动控制学科中比较理想实验平台,是火箭飞行、双腿机器人行走等控制系统的原型,本文介绍的倒立摆控制系统利用PLC(可编程逻辑控制器)和交流伺服电机组成,与采用工业计算机系统相比具有结构简单、成本较低的特点、程序简单的特点。适用于学校相关专业开展课程设计活动。     

基于LQR的直线一阶单倒立摆最优控制器的设计

对已有的LQR最优控制中系统的动态响应与加权矩阵Q和R之间遵循的基本规律进行分析,并根据这一基本规律对给定的直线一阶单倒立摆采用线性二次型最优控制的方法设计控制器。仿真结果表明,基于LQR的最优控制系统对直线一阶单倒立摆具有很好的控制效果。     

基于LQR的一阶直线双倒立摆最优控制系统研究

从理论和实践上对线性一阶直线双倒立摆作了深入的研究。首先,用牛顿-欧拉方法建立了双倒立摆的精确数学模型;其次,对其模型进行最优控制。主要采用线性二次型最优控制方法设计了双倒立摆的控制器。通过试验对模型进行仿真验证,并达到较好的控制效果。     

一级倒立摆的滑模模糊变结构控制器设计

一级倒立摆是一个复杂非线性和系统。本文针对系统本身存在许多准确建模的因素,设计了基于滑模的模糊变结构控制器。仿真结果表明该控制系统对于外部扰动和参数摄动具有良好的鲁棒性。     

直线一级倒立摆的视觉伺服控制

把视觉引入倒立摆的控制中,建立了视觉伺服的倒立摆系统.利用针孔摄像机的成像几何模型建立与图像坐标有关的状态空间方程,采用基于图像的视觉伺服控制方法,对摆杆在像平面上的位置进行实时控制.在Matlab环境下用LQR(Linear Quadratic Regulator)和极点配置法进行仿真,对比仿真结果.验证了系统方程推导的正确性,以及控制算法的有效性.     

多种群遗传算法的倒立摆LQR控制器设计

针对传统遗传算法在设计倒立摆LQR控制器时,算法会因个别超常个体或群体较快趋于单一化而导致不能得到满意控制参数的问题,利用Sheffield遗传工具箱,设计了多种群遗传算法。算法的开始引入了多个种群同时进行优化搜索,不同的种群采用不同的交叉概率和变异概率,种群之间采用移民算子建立联系,各种群产生的最优个体通过精华种群实现留优。在Simulink环境下建立模型并计算性能指标,Simulink环境下的输出值作为多种群遗传算法的目标函数值。仿真结果表明,在存在建模误差的情况下,本算法稳定性好、遗传代数小,有效地避免了早熟,更为适合复杂问题的优化。     

平面二级倒立摆自适应滑模控制器设计

研究平面二级倒立摆系统稳定性和速度特性优化问题,由于倒立摆系统的外界扰动的不确定性,建立平面二级倒立摆的数学模型,应用变结构控制理论(SMC)和模糊逻辑系统设计了自适应滑模控制器,把趋近律和切换控制的模糊化相结合,采用模糊系统调整趋近速率的大小,在加快趋近速度的同时用模糊逼近切换控制,为减少控制量的抖振和优化控制系统,同时倒立摆控制具有了滑模控制对外界扰动和参数摄动的不变性。进行仿真的结果验证了控制器的稳定性,表明控制器系统能保证在不同的运行条件下具有快速性和鲁棒性。     

基于遗传算法PID的旋转式倒立摆控制

旋转式倒立摆系统是一个多变量、强非线性、强耦合的不稳定系统,是人们检验、比较各种控制理论和方法的理想试验平台,国内外许多机构对它进行了广泛的研究,如何对其进行有效控制一直是控制界的一大热点。分析了旋转式倒立摆的数学模型,然后用Matlab建立了它的仿真模型,利用PID控制器对其进行控制。为了避免手工整定PID参数的繁琐过程,用遗传算法对旋转式倒立摆PID控制器的控制参数进行寻优,并以此来控制旋转式倒立摆。仿真结果表明利用遗传算法寻优设计的PID控制器来控制旋转式倒立摆可以获得很好的动态品质和稳定性。     

平面两级倒立摆的分析、控制器设计与实现

对基于XY平台的平面两级倒立摆进行了运动学和动力学分析,由于系统具有很强的非线性以及耦合等特性,需要在其平衡点附近线性化,以得到系统的近似线性状态方程。然后分析了系统的可控性,并根据状态方程采用线性二次最优控制LQR方法设计控制器。仿真结果说明,倒立摆系统可以得到很好的稳定效果。最后进行了多次实验,倒立摆都可以稳定很长时间,而且可以施加一定的干扰,具有较好的鲁棒性。实验结果说明,此方法是有效可行的。     

旋臂式倒立摆的控制设计与仿真

针对旋臂式倒立摆的稳定控制问题,建立了二阶旋臂式倒立摆系统的数学模型,运用连续系统线性二次型最优控制理论,设计了旋臂式倒立摆控制系统的线性二次型调节器,使倒立摆系统在闭环状态下稳定。运用Matlab进行仿真,通过与传统的极点配置方法相比较,发现最优控制效果更好。     

基于分区切换方法设计倒立摆系统的控制器

针对非线性倒立摆系统,利用小台车平移速度与摆偏角角速度之比,设计了分区的Lyapunov函数和基于自适应律的分段切换控制律。由于该方法考虑了导轨摩擦和节点摩擦对系统的影响,设计的控制律具有较强的鲁棒性,较好地解决了摆的偏角和小车位移非线性强耦合带来的困难,并且得到的是全局渐近稳定的结果。该方法计算简单,且自适应律的应用减少了保守性。最后通过倒立摆实例,利用所设计的控制器进行Matlab仿真,仿真结果验证了所设计控制器的可行性和有效性。     

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。     

倒立摆的自抗扰解耦控制方法研究

针对高阶次、多变量、强耦合的倒立摆系统,提出了基于自抗扰解耦控制方法对其进行控制。该方法采用双通道复合控制的方式,突破摆角和小台车相耦合作用的定位控制难点,完成摆角和小台车精确定位控制。采用该方法无需进行精确的输入变量与输出变量配对,只需要对控制作用的耦合矩阵进行静态解耦,分别构建控制通道。对于模型摄动造成的影响和各子对象间的动态耦合作用可由状态观测器（ESO,extended state observer）来估计并反馈到控制器以进行补偿。最终通过调节控制系统的相关参数,达到摆角和小台车位移相耦合作用的定位控制。仿真结果表明：该方法能够完成摆角和小台车位移相耦合作用的定位控制,瞬态性能和稳态性能好,超调量小,具有良好的控制效果。