切换控制在倒立摆系统摆起和镇定中的应用

本文针对一级直线型倒立摆对象,基于非线性共振原理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。     

基于二次型最优调节器的倒立摆系统

该文根据一级直线型倒立摆的系统组成及其工作原理,建立了其状态空间方程。基于该状态空间模型,利用MATLAB求解、设计了一级倒立摆系统的二次型最佳调节器。仿真结果表明了该二次型最佳调节器的有效性。     

平面一级倒立摆的稳定控制

平面倒立摆系统是进行控制理论研究的理想实验平台.在对平面一级倒立摆进行运动学和动力学分析的基础上,采用拉格朗日方程建立了它的动力学模型.分别设计了LQR控制器和模糊控制器,应用所设计的控制器对倒立摆系统进行了实时控制实验.验证了两种控制方法的优缺点.     

基于T-S型的平面倒立摆双闭环模糊控制研究

针对多变量、非线性、强耦合的平面一级倒立摆系统,设计了双闭环模糊控制器.在系统数学模型的基础上,将平面一级倒立摆系统近似分解成2个非耦合的独立运动,然后利用极点配置的反馈控制方法,设计了2个模糊控制器,分别控制两个独立运动.解决了模糊控制规则数随输入变量数指数增加问题,降低了倒立摆控制系统设计的难度和复杂度.     

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。     

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。     

基于变量分组模糊控制算法的倒立摆系统

采用模糊控制理论研究了直线一级倒立摆控制问题。直线一级倒立摆系统是多变量不稳系统,为了解决模糊规则爆炸问题,本文采用了变量分组的方法完成倒立摆模糊控制器的设计方案。要使直线一级倒立摆系统稳定,必须对小车位置和摆杆角度同时进行闭环控制,而单一的控制只能控制一个控制量,本文提出了两回路的模糊控制方案。仿真和实验结果证明了该方案的可行性和良好的控制性能。     

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。     

一级直线倒立摆匀速行走的模糊控制研究与实现

当前针对倒立摆的研究一般是把角度控制或者位置控制作为控制目标,很少着眼于速度控制,有鉴于此,设计了一种简单的模糊控制器,应用于一级直线倒立摆的匀速行走控制中;仿真实验和实物实时控制实验均验证了该控制器的有效性,对于设定的速度整定值,通过调整几个比例环节的系数,系统具有很好的动态性能指标,而且控制器在有外界扰动时体现了很好的抗扰性;考虑到实际物理系统中倒立摆行程的限制,设计的自动换向开关实现了倒立摆在一段给定的行程上匀速来回行走的控制目标,通过手动切换开关也能实现倒立摆的位置控制。     

基于非线性控制方法的倒立摆系统控制

应用非线性系统跟踪控制方法对倒立摆系统的控制进行研究.基于非线性系统控制方法对倒立摆系统摆的镇定问题、台车位置调节问题和鲁棒控制问题设计出了具体的控制器.最后给出了在所设计的各种控制器作用下系统的仿真结果,结果表明所设计的控制器对倒立摆系统的稳定控制具有良好的效果.     

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.     

Control of unstable mechanical system Control of pendulum†

This paper relates to the design of a control system for a mechanical system which contains an unstable mode and to an experiment for demonstrating that the control theory may be applied to practical real systems. In this paper the object treated is the control of the pendulum-cart system, which has been studied by many control theorists and engineers as an inverted pendulum problem, and a composite control system is designed not only to stabilize the inverted pendulum but to swing the pendulum from the natural pendent position up to the inverted position, which is actually made. The experimental results are presented.     

倒立摆系统的T-S模糊控制研究

针对倒立摆的非线性采用T-S模糊控制的方法对倒立摆进行控制,建立了倒立摆的数学模型,并用Matlab进行了仿真,仿真结果表明该控制方法对倒立摆具有好的控制效果。     

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。     

一种镇定倒立摆系统的新方法

在对倒立摆系统深入分析的基础上，应用振荡控制理论提出一种镇定倒立摆系统的新方法。通过在倒上摆支承点的垂直方向上加入一个零均值的高频振荡信号，改善了倒立摆系统本身的稳定性，使其在倒立位置附近成为一振荡稳定系统。理论分析和仿真研究表明这种方法是行之有效的，为研究倒立摆一类自不稳定系统开辟了一条新的途径。     

Big Bang-Big Crunch optimized hierarchical sliding-mode control of X-Z inverted pendulum

The control of the X-Z inverted pendulum is a challenging work since the X-Z inverted pendulum is an underactuated, open-loop unstable and multi-input-multi-output (MIMO) nonlinear system. In this paper, we will present a novel state transformation method for the X-Z inverted pendulum and Big Bang–Big Crunch (BBBC) optimized hierarchical sliding-mode control (HSMC) structure. We will firstly show that through the proposed transformation, the model of the X-Z inverted pendulum can be transformed to a typical underactuated form. Thus, based on the obtained system model, the hierarchical sliding-mode control (HSMC) can be directly applied in the trajectory tracking control of the X-Z inverted pendulum. Then, to ensure a convergent performance of the auxiliary sliding surfaces, the BBBC method is applied to obtain the optimal coupling factors for the HSMC. The control performance of the proposed BBBC based HSMC structure is compared with that of the present SMC and the HSMC with particle swarm optimization (PSO). Simulation results show the effectiveness of the proposed controllers for the X-Z inverted pendulum.     

Global stabilization of the unstable Reaction-Wheel Pendulum

The paper deals with the problem of the Reaction Wheel Pendulum stabilization about unstable (inverted) position for arbitrary initial conditions. Considered mechanical system consists of a physical pendulum with a symmetric disk attached to the end of the pendulum, which is free to spin about an axis parallel to the axis of rotation of the pendulum. The disk is actuated by a DC-motor. The coupling torque generated by the angular acceleration of the disk is used to control of the pendulum. The switching control law is proposed to swinging up the pendulum and balancing it about the inverted position. The nonlinear swinging up control law is proposed ensuring global stabilization of the pendulum about inverted position. The Energy-based Speed-gradient (EBSG) control scheme is used to designing the swinging-up controller. The modification of the EBSG method is proposed to ensure attainability of the inverted position of the pendulum for all initial states of the system. The balance controller is designed on the basis of the Variable Structure Control with forced sliding mode. Numerical simulation results are presented showing achievement of the posed control goal by means of the control action of small magnitude.     

小车二级摆摆起控制器设计

研究了小车二级并行摆系统及小车二级串行摆系统的摆起控制器设计问题,并给出了这两种系统的实验结果.首先,针对上述两种系统,设计了两步控制器,即1)摆起双摆达到倒立稳摆位置的控制器,2)进行稳摆控制的控制器.其次,由于小车二级摆位移受轨道长度限制,又考虑了小车位移的控制问题.上述两种实际系统的摆起及稳摆成功,验证了所提出设计方法的有效性.