环形二级倒立摆H∞鲁棒控制器设计及仿真

研究了环形二级倒立摆的平衡控制,首先利用拉格朗日动力学方法建立了环形二级倒立摆的数学模型,分析了系统的稳定性及能控能观性;接着引入H∞回路成形鲁棒方法设计其控制器,但考虑到H∞控制器阶次过高的问题,因此采用最小信息损失方法对设计的控制器进行了降阶.通过仿真验证,证实了降阶后的H∞回路成形控制器对于环形二级倒立摆平衡控制有良好效果.     

一级旋转倒立摆及其控制装置的研究与实现

通过拉格朗日方程推导出一级旋转倒立摆系统的数学模型,起摆运动部分利用雅普诺夫方程分析,以摆杆势能偏差作为调控量对系统进行闭环控制,使系统摆杆运动受控,在倒立摆成功摆起后,在倒立摆非稳定平衡点处对系统模型进行线性化,并采用双闭环PID算法对倒立摆模型旋臂位置和摆臂位置进行稳定控制,并使用32位MCU搭建实验平台进行实际验证.结果表明,该控制方法可以实现旋臂静止和摆臂稳定于非稳定平衡点的效果.     

旋转式倒立摆的镇定和摆起控制的研究

通过对旋转式倒立摆系统的数学模型分析,采用极点配置法对倒立摆系统的镇定控制进行仿真研究,针对摆起控制提出基于经验与能量分析方法.针对旋转式倒立摆实物系统进行实际控制,实验结果表明:提出的控制方法对倒立摆的稳定控制和摆起控制具有很好的效果.     

基于动觉图式的平面倒立摆摆起控制

为实现平面倒立摆非线性系统的摆起控制,提出了一种基于动觉图式的仿人智能控制策略·该策略通过系统在线特征辨识与特征记忆,开闭环相结合的多模态控制以及直觉逻辑推理机制,使倒立摆摆杆从稳定平衡点摆起到不稳定平衡点并稳定不倒·仿真实验的结果证明:这种定性推理与定量控制相结合的智能控制器可以对具有复杂非线性、强耦合、自然不稳定特性的平面倒立摆系统实现摆起控制,同时也为其他非线性多变量系统的控制提供了有效方法·     

小车三级摆摆起倒立的仿人智能控制

运用仿人智能控制 (HSIC)理论的方法 ,研究了直线小车三级摆系统 (CTPS)的摆起倒立控制问题 .通过对CTPS运动的物理过程分析 ,模仿人控制器的特点 ,设计了CTPS的HSIC控制器的动觉智能图式 .在摆起倒立过程中 ,HSIC控制器通过对三级摆杆间运动姿态特征的感知和基于特征识别的多模态控制 ,使CTPS各级摆杆之间始终具有较小的相对运动趋势和较小的相对角度差 ,成为一个动态的“拟小车单摆”系统 .小车三级摆摆起倒立控制的仿真实验成功验证了该方法的有效性 .     

基于动平衡状态的不确定倒立摆系统跟踪控制

针对存在不确定摆杆质量、长度和外加干扰的倒立摆系统的稳定控制问题,提出了基于动平衡状态理论的鲁棒自适应控制策略.首先对台车位置和摆杆摆角规划了理想的动平衡状态参考轨迹,然后应用分段滑模和模糊逻辑系统设计了直接自适应模糊控制器实现对动平衡状态的实时跟踪.理论分析和仿真结果证明了不确定倒立摆系统是全局渐近稳定的,并具有很好的适应性和鲁棒性.     

基于动态查询表的模糊控制策略及其应用

研究基于动态查询表的模糊控制策略及其在转臂式倒立摆中的应用.采用一种新的倒立摆系统的控制方法,将传感器检测的倒立摆的两个角度信息传送到控制器,控制器利用该信息的模糊化量按基于动态查询表的模糊控制策略进行实时计算,由得出的控制量控制力矩电机驱使摆杆运动,从而使摆臂处于动态的直立状态.采用C++语言实现了对倒立摆的控制.实验结果表明,这种控制方式能够提高系统的控制精度.     

基于SDRE方法的一级旋转倒立摆控制

基于拉格朗日方程建立了一级旋转倒立摆的非线性微分方程模型,提出了一种参数化方法以获得伪线性化系统模型.研究了系统的逐点可控性,表明系统除了在摆杆垂直向下位置外都为可控.设计了基于状态相关黎卡提方程(SDRE)方法的控制器,控制增益与系统状态相关,计算复杂程度较高,但控制效果好.与线性最优二次型调节器(LQR)进行了仿真对比,结果表明:SDRE在摆杆远离平衡位置时的控制效果要优于LQR,具有超调小,调节时间短的特点,且能同时完成摆起及平衡控制而不需要另外设计控制器.     

基于倒立摆系统的模糊仿人智能控制

倒立摆系统是一个绝对不稳定的系统,具有高阶次、非线性、强耦合等特性,很多控制方法的验证都是通过对倒立摆的控制来实现的.为了实现倒立摆系统的自摆起倒立平衡控制,提出了一种模糊仿人智能控制方法,在起摆控制阶段以仿人智能控制方法为主,平衡点附近切换至模糊控制方法,实现其稳定控制.仿真结果表明,模糊仿人智能控制对于典型非线性自不稳定系统有着很好的控制能力.     

基于混合系统的倒立摆的建模与仿真

针对倒立摆系统中摆杆的控制问题,从混合系统的角度出发,将单摆描述为一个混合自动机,运用不同控制策略之间的切换,构造能量控制器进行起摆控制,在工作平衡点运用线性反馈控制器进行稳定控制,实现将倒立摆从不同初始状态摆起并稳定在θ=0(工作位置)的目标位置。在MATLAB环境中建立单摆的Simulink仿真模型并通过CheckMate 3.6工具箱进行仿真,结果表明在不同初始条件下的单摆系统都能在较短时间内到达垂直向上位置并稳定。     

环形单级倒立摆起摆控制研究

针对倒立摆的起摆控制，建立了环形单级倒立摆基于拉格朗日方程的运动方程，在此基础上提出了能量控制的概念，并将能量补偿控制应用在环形单级倒立摆系统上．仿真和实际控制结果表明了所提出方法的有效性和可行性．     

基于混合系统的倒立摆的建模与仿真

针对倒立摆系统中摆杆的控制问题,从混合系统的角度出发,将单摆描述为一个混合自动机,运用不同控制策略之间的切换,构造能量控制器进行起摆控制,在工作平衡点运用线性反馈控制器进行稳定控制,实现将倒立摆从不同初始状态摆起并稳定在θ=0(工作位置)的目标位置。在MATLAB环境中建立单摆的Simulink仿真模型并通过CheckMate 3．6工具箱进行仿真,结果表明在不同初始条件下的单摆系统都能在较短时间内到达垂直向上位置并稳定。     

倒立单摆摆起开环控制律的最优化算法

基于最优控制理论,研究了倒立单摆非线性系统过程控制问题·建立了带惩罚条件的摆起过程开环控制律计算的最优化算法·同一般数值方法相比,这种算法在每步优化计算中,以最优步长取代了固定步长,因此可以确定每个时间段上的精确控制量·编制了倒立单摆摆起过程控制律的计算程序,并进行倒立单摆摆起过程仿真分析·结果表明这种算法可以获得高精度的控制律,它将为非线性系统过程精确控制提供条件·     

倒立摆系统的模糊控制方法

阐述了基于二级倒立摆的两种模糊控制方法，即模糊逻辑控制方法和分层模糊控制方法．模糊逻辑控制方法是将二级倒立摆系统的6个状态变量加权变化为两个参变量，再用模糊控制器实现稳定控制．而分层模糊控制是将状态变量分解为子系统，设计下层模糊控制器对其控制，上层模糊控制器负责整个系统的协调和管理，实现稳定控制．实验结果表明：分层模糊控制较模糊逻辑控制具有更好的控制效果．