两轮电动车自平衡控制系统的建模与仿真

电动车平衡控制方法的研究与实现,是两轮电动车设计的关键所在,决定了整个系统能否实现,也是电动车能够安全、可靠行驶的保证.两轮电动车在实际运行情况过程中存在突然撞到路面障碍物的可能性,故分别对电动车正常运行时和发生障碍物碰撞时的平衡控制器进行设计,并通过判断电动车的输出状态成功地实现了两种控制方法之间的切换.应用动力学理论和方法对自平衡两轮电动车进行力学分析,建立系统非线性模型,采用PID控制方法完成两轮电动车正常运行下的平衡控制器设计.使用MATLAB建立系统仿真模型,验证平衡控制方法的正确性.仿真结果证明,提出的平衡控制算法具备有效性和可行性,为两轮电动车平衡控制系统设计提供了理论基础.     

基于Skinner操作条件反射的两轮机器人自平衡控制

针对两轮自平衡机器人的运动平衡控制问题,采用了基于Skinner操作条件反射理论的自回归神经网络学习算法作为机器人的学习机制,利用自回归神经网络对评价函数进行逼近,以实现对行为决策的优化,从而使机器人能够在无需外部环境模型的情况下,通过学习和训练,获得像人或动物一样的自主学习技能,解决了两轮机器人的运动平衡控制问题.最后分别在无扰动和有扰动的两种状态下设计了仿真实验并进行了比较.结果表明,该操作条件反射学习机制具有较快的自主平衡控制技能和较好的鲁棒性能,体现了较高的理论研究意义和工程应用价值.     

两轮自平衡车控制系统的设计与实现

根据飞思卡尔智能车竞赛的要求,设计了基于MC9S12XS128单片机的两轮自平衡智能车控制系统.介绍了该智能车系统的硬件模块电路设计、控制系统的构成及核心控制算法的实现.在此基础上详细介绍了用于智能车直立控制、速度控制和方向控制的参数调试时简单易行的关键技术.经过反复多次的实验表明,本文设计的两轮自平衡车控制系统性能可靠,在车身保持直立平衡的同时能够沿着赛道快速平稳运行.     

基于陀螺仪与加速度计的二轮自平衡控制系统设计

为了实现二轮自平衡系统的稳定控制,提高系统姿态倾角的可靠性,提出了基于陀螺仪与加速度计的二轮自平衡系统控制方法.建立二轮自平衡系统的简易动力学模型,以Lyapunov方法对稳定性进行分析,得到系统稳定控制的条件,采用陀螺仪和加速度计采集姿态倾角数据,经融合滤波后得出高精度姿态倾角,最后控制二轮自平衡系统电机实现稳定运行.通过二轮自平衡控制系统的硬软件设计,成功验证了该方法的可行性.     

基于dsPIC33EP16GS502的两轮自平衡小车控制系统的设计

介绍了一种采用数字信号控制器dsPIC33EP16GS502和运动传感器MPU-6050等设计的两轮自平衡小车的控制系统。该系统利用卡尔曼滤波算法对陀螺仪和加速度计的信号进行融合,计算出小车倾角和角速度的最优估计值,采用PID算法对驱动电机的两路PWM信号进行控制,从而实现两轮小车的自平衡控制。文中详细介绍了两轮小车自平衡控制系统硬件和软件的设计。     

基于自抗扰控制的两轮自平衡车控制系统仿真研究

为解决两轮自平衡车因不同用户身高体重的差异造成系统模型不准确而带来控制器对系统控制稳定性能差的问题,将自抗扰控制技术运用到两轮自平衡车运动平衡控制中。首先采用拉格朗日方法建立两轮自平衡车动力学模型,然后针对系统的特性推导出实现两轮平衡车自平衡控制的自抗扰控制器控制律。最后,搭建两轮自平衡车控制系统的Simulink仿真平台,分别采用线性自抗扰控制和经典自抗扰控制方法进行了试验比较。试验结果表明:与经典自抗扰控制器相比,新的自抗扰控制器能够较好地适应身高体重变化的环境,较好地自主达到稳定运行状态。     

自平衡机器人变论域模糊PID控制研究

针对两轮自平衡机器人的动态平衡控制问题,提出了一种可变论域模糊PID控制算法,对机器人体的倾斜角度设计了二级模糊控制器.由第一级模糊控制器利用论域伸缩因子来动态改变第二级模糊控制器的论域,实现了论域随自平衡控制系统要求进行自适应伸缩,能较好地解决自平衡系统控制规则数量与控制精度间的矛盾.仿真结果表明,变论域控制方法动态特性明显优于常规模糊PID控制,使机器人的平衡控制系统具有自适应能力强,实时控制性能好的特点.     

两轮自平衡机器人多传感器数据融合方法研究

为了对机器人运行状态进行有效的识别,提出一种基于支持向量机的多传感器数据两级融合方法,从分类的角度实现了运行状态识别,解决了识别正确率较低的问题.将此方法应用于两轮自平衡机器人进行运行状态识别实验,当每种状态采集的独立样本数超过20个时,正确率可以达到98%以上.实验结果表明应用该方法可以对两轮自平衡机器人的运行状态进行有效、可靠的识别,能够满足两轮自平衡机器人快速机动过程中的实时性要求.     

轮式机器人鲁棒仿生自主学习算法的研究

针对本质不稳定的轮式机器人运动平衡问题,基于操作条件反射原理,结合鲁棒控制,提出了一种鲁棒仿生自主学习算法作为轮式机器人的学习机制;该算法利用鲁棒控制可以提高系统抑制干扰的能力,产生最优控制行为的特点,将其与操作条件反射原理相结合,使机器人通过与未知环境的交互、学习和训练,模拟生物操作条件反射机制以及自学习和自适应技能,实现对轮式机器人的运动平衡控制,并从理论上证明了算法的稳定性;最后,分别用该算法在无干扰和有干扰的两种情况下对机器人做了仿真实验并进行了比较,结果表明,鲁棒仿生自主学习算法能够使机器人获得自主学习和平衡控制的技能,并体现出了较好的学习性能抗干扰能力。     

双超声波数据融合的两轮机器人平衡行进策略研究

针对移动轮式自平衡机器人在生产应用中存在的问题,对其结构特点与姿态平衡的控制策略进行了研究。为了保障机器人的平衡与协调运动,提出了基于双超声波测距数据融合的平衡和行进策略。采用双超声波数据融合平衡算法,在Arduino主控的机器人上实现了自平衡姿态的控制,对双超声波传感器数据信息进行处理,从而保证了机器人的自平衡运动;同时,在机器人的运动过程中加入了PID控制算法,以调整机器人的运动状态及加快机器人对信号误差处理的速度。试验与仿真结果表明,该策略设计有效可行,双超声波自平衡机器人可以保持较好的平衡姿态,行进控制与基本方向控制也有效可靠,体现了较好的平衡稳定性和平衡协调性。在平衡算法控制下,双超声波机器人不仅实现了平衡行进,还实现了行进策略下的平衡后退以及方向控制下的平衡转弯,具有广阔的应用前景。     

Pendubot机器人的计算机控制系统

该文提出并设计了一种使用打印并口做接口的上下位计算机控制系统,把它应用于Pendubot机器人中.该控制系统原理简单、实用,可应用于很多与此相类似的控制系统上,具有易于扩展、适用性广泛的特点.     

高精度甚低速系统的模糊控制

利用模糊控制原理设计了一个具有较强抗扰动能力的模糊伺服系统 .本文方法可以有效地克服低速爬行现象 ,实现快速高精度跟踪 .最后 ,进行了仿真验证     

The preview control of a class of linear systems and its application in the fault-tolerant control theory

In the fault-tolerant control theory based on model following control, the desired signal of the control system is the output of a reference system. This paper is concerned with the design of the preview controller for a class of fault systems. A composite vector is introduced by including error vector, fault system state vector and reference system state vector. Then, we derived an augmented system from the known system equation, in which the reference input has equal status with the desired signal in the traditional preview control theory. Therefore, we can use the known theory to design the preview controller for the augmented system, then the preview controller of the original fault system can be obtained by the integration method. This paper strictly discusses the connection between stabilisation and detectability of the augmented system and the corresponding characteristics of the original system. Finally, by applying this theory to a real steam generator water level control system, it is found that the actions of the reference input preview and the fault signal preview can effectively eliminate the effect of the fault signal on the water level of the steam generator. The simulation shows the effectiveness of the controller designed.     

基于ADAM4000系列的模糊温度控制系统

介绍了基于ADAM4000系列的模糊温度控制系统的硬件和软件设计。系统采用的模糊PID控制理论对温度有很好的控制效果,利用ADAM4000可建立远程控制网络。实践证明,该系统具有可靠性高,可扩展性强等优点。     

On the stability and control of nonlinear dynamical systems via vector Lyapunov functions

Vector Lyapunov theory has been developed to weaken the hypothesis of standard Lyapunov theory in order to enlarge the class of Lyapunov functions that can be used for analyzing system stability. In this paper, we extend the theory of vector Lyapunov functions by constructing a generalized comparison system whose vector field can be a function of the comparison system states as well as the nonlinear dynamical system states. Furthermore, we present a generalized convergence result which, in the case of a scalar comparison system, specializes to the classical Krasovskii-LaSalle invariant set theorem. In addition, we introduce the notion of a control vector Lyapunov function as a generalization of control Lyapunov functions, and show that asymptotic stabilizability of a nonlinear dynamical system is equivalent to the existence of a control vector Lyapunov function. Moreover, using control vector Lyapunov functions, we construct a universal decentralized feedback control law for a decentralized nonlinear dynamical system that possesses guaranteed gain and sector margins in each decentralized input channel. Furthermore, we establish connections between the recently developed notion of vector dissipativity and optimality of the proposed decentralized feedback control law. Finally, the proposed control framework is used to construct decentralized controllers for large-scale nonlinear systems with robustness guarantees against full modeling uncertainty.     

基于物联网技术的智慧实验室近远程测控系统

针对物联网教学中理论实验管理一体化的趋势,提出一种基于物联网技术的智慧实验室近远程测控系统方案。方案中设计了一种可将理论教学、实验自学、安全管理三位一体化的智慧实验室测控系统结构,通过融合无线传感网、嵌入式网关、网络通信、数据库等多种物联网相关技术,实现了一个可实时近远程访问教学、实验测试、设备控制、维护管理的物联网智慧实验室测控系统。测试证明,该系统可良好实时地运用于理论实验管理一体化教学中,分别满足教师端、学生端、实验师端三方的教学、自学和管理需求,促进在线离线教育方式融合,为智慧课堂教学提供良好平台。     

被动式电液伺服加载系统控制的方法研究

针对被动式电液伺服加载系统控制过程中的非线性,参数的时变性以及位置扰动引起的多余力等问题,提出了CMAC- PID并行的控制算法;建立系统的非线性数学模型,采用现代控制理论与经典控制理论相结合的方法对系统进行优化设计;利用PID控制器实现反馈控制,并为CMAC网络提供导师信号,CMAC神经网络进行前馈控制,减小多余力、参数时变性对系统带来的干扰,实现非线性逼近;仿真结果表明:CMAC- PID算法可将多余力控制在常规控制的22.5％,其跟踪精度高,抗干扰能力、鲁棒性更强,能优化系统的性能,为实际应用提供了参考.     

计算机控制的位置伺服系统设计与实现

该文开发了一套计算机控制的位置伺服平台，平台能够实现PID控制、模糊控制，文中分析了相关的硬件和接口原理、控制软件工作机制和系统定时采样、数据采集和反馈读取，探讨了采用的PID控制算法、FUZZY模糊控制算法和相关的FUZZY控制规则并给出了相应的实验结果。     

模糊自适应整定PID在航空发动机中的应用研究

模糊控制对于解决模型不确定性问题具有较好的优势。对于航空发动机这样复杂的系统,其数学模型具有较大的不确定性,经典的PID算法难以对其实现良好控制。因此,运用模糊控制理论就具有较好的实践意义。该文将模糊控制与自适应控制理论相结合,运用模糊推理方法,实现了对PID参数的在线最佳调整。最后,通过数字仿真,对比了经典PID控制和运用模糊自适应控制的PID,证明了其在航空发动机控制中应用的可能性。     

基于预测控制的混沌系统参数微调控制方法

本文将预测控制理论引入混沌系统的控制研究中，提出一种基于预测控制的混沌系统参数微调控制方法，通过对控制参数进行微调，将模型未知时的混沌运动稳定到系统的不稳定不动点处．与现有同类方法相比，本控制系统具有快得多的响应速度，需要较短的时间就能实现混沌系统的控制．本方法能够控制超混沌系统，算法简便，控制算法的收敛性和控制系统的稳定性能够保证，理论分析和仿真实验都表明了本方法的有效性．