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.     

倒立摆线性二次型最优控制方法研究

为优化倒立摆控制性能,提高系统响应的快速性和稳定性,研究了线性二次型最优控制方法。应用动力学分析方法建立单级倒立摆线性状态空间模型,设计线性二次型控制器(LQR);应用Matlab软件中LQR函数,确定倒立摆闭环控制系统状态反馈向量及最优控制目标函数,完成线性二次型状态反馈控制系统设计。时间响应分析及动态仿真结果表明,基于LQR函数设计的线性二次型状态反馈控制系统,阶跃响应上升时间2 s,调节时间5 s,实现了单级倒立摆快速、稳定控制。     

最优控制方法在直线倒立摆中的应用

假设忽略掉倒立摆系统本身不稳定因素(摩擦阻力)的影响后,倒立摆系统就可以看成是一个典型的运动刚体系统。基于牛顿力学定律的数学建模方法,应用二次型最优控制理论对一级倒立摆实现控制,使用在惯性坐标系内的经典力学理论动力学方程,能满足控制系统的一般稳定性和鲁棒性的性能要求。采用MATLAB对倒立摆系统进行仿真模拟实验,并对仿真结果进行分析。     

基于MATLAB的倒立摆LQR控制方法的研究

在忽略掉倒立摆系统本身自然不稳定因素以及摩擦阻力的影响后,倒立摆系统就成了一个典型的运动刚体系统,利用在惯性坐标系内的经典力学理论建立系统的动力学方程,采用力学分析方法建立直线型一级倒立摆的数学模型。结果证明,基于牛顿力学定律的数学建模方法,应用二次型最优控制理论对一级倒立摆实现控制,并能满足控制系统的稳定性和鲁棒性,用MATLAB进行仿真,并对仿真试验结果进行了分析研究。     

平面一级倒立摆系统的分析与控制

在介绍平面一级倒立摆数学模型的基础上,通过实验和仿真,先确定理想的加权矩阵Q和R,然后采用线性二次型最优控制LQR设计出可以精确控制平面一级倒立摆的控制器。     

基于LQR最优调节器的平面二级倒立摆的建模与仿真

倒立摆控制系统是一个典型的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合控制系统。通过研究分析平面二级倒立摆控制系统的数学模型,用线性二次型最优调节器(LQR),实现对二级倒立摆的最优控制,MATLAB仿真结果表明了该方法的有效性。     

基于LQR算法的倒立摆系统仿真研究

针对多变量、非线性、强耦合的单级倒立摆系统,采用基于最优控制理论的LQR控制方法,研究了线性二次型最优控制器、参考输入和状态观测器的设计,并借助Matlab仿真软件进行辅助分析。结果表明各项性能均符合要求,达到最优控制,对该方向的研究具有理论指导意义。     

直线一级倒立摆的LQR控制器设计

从理论和实践上对线性一级倒立摆作了深入的研究。首先,用拉格朗日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。最后,通过试验验证了设计结果并给出．了控制器的性能评价。     

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。     

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。     

线性二次最优算法的倒立摆系统仿真与实时控制

文章对倒立摆进行了详细的力学分析,建立了该种倒立摆的数学模型,并为系统设计了线性二次指标最优控制器。然后,通过计算机数值仿真实验,为倒立摆控制系统选取合适的性能指标和状态反馈矩阵,仿真实验结果说明,应用该状态反馈控制,能够取得了良好的控制效果。最后,文章建立了基于matlabRTW实时工具箱的倒立摆实时控制平台。通过倒立摆的实时控制实验,验证了理论分析和数值仿真的正确性。     

二级倒立摆的 LQG 最优控制研究

为实现二级倒立摆系统的稳摆控制,应用了线性二次高斯最优控制。根据LQG的分离原理,首先利用最优控制设计控制律,得到状态反馈;由于系统状态不能完全测得,而且系统也不可避免地会受到噪声的影响,在详细给出相应参数取值规则的基础上,采用了卡尔曼滤波对系统输出做出最优估计。最后的仿真结果表明,设计的控制器能够较好地对二级倒立摆进行稳定控制,且具有抑制噪声和抗干扰能力。     

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     

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。     

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。     

非线性旋转倒立摆智能控制的实验研究

应用欧拉一拉格朗日原理建立旋转倒立摆系统非线性、多变量耦合的动力学方程,采用梯度下降和最小二乘混合学习算法将神经网络和模糊控制相结合,得到一种具有自适应、自学习能力的模糊神经网络智能控制器,该控制器在SRV02-Series旋转倒立摆实验平台上取得成功应用.