基于SimMechanics的直线二级倒立摆仿真研究

倒立摆是一个非线性、高阶次和绝对不稳定系统,广泛用于测试各种控制算法。为了对直线二级倒立摆进行建模、控制和仿真,首先讨论了倒立摆数学模型并利用MATLAB中第二代SimMechanics工具箱进行三维建模。此外,实现了两种控制算法的稳定性控制并进行对比,针对比例积分微分(proportional integral derivative,PID)控制,提出采用主导极点配置方法进行参数整定,而模糊控制采用了基于线性二次型(linear quadratic regulator, LQR)融合的模糊控制器设计。结果表明,两种控制方法均取得较好的控制效果,且模糊控制在快速性、超调量及抗干扰能力上都比PID控制性能优越。     

基于RBFNN整定的PID控制在柔性摆跟踪控制中的应用研究

本文提出了一种基于径向基函数神经网络(RBFNN)整定的PID控制策略,并将其应用于柔性倒立摆的跟踪控制。该方法通过神经网络辨识获取柔性摆的Jacobian信息,采用梯度下降法自适应调整PID的控制参数。仿真结果表明,与传统的PID控制效果相比,该控制方法响应速度快、超调量小,较好地解决了PID控制方法中参数整定困难的问题,实现了对柔性摆的有效跟踪控制。     

地面和探空资料的EnKF同化对北京7·21极端暴雨模拟的影响

针对2012年7月21日北京极端暴雨的业务预报误差, 详细地考察地面和探空资料的EnKF同化对7·21极端暴雨总体时空分布和暴雨触发地面特征模拟的影响, 进而揭示预报误差的可能原因。结果表明, 资料同化显著地改善了北京地区降水时空分布的模拟结果, 证实了前人基于观测和敏感性分析提出的“低涡是北京7·21暴雨的关键影响系统”的判断, 揭示出低涡对应的地面低压东侧倒槽对北京7·21暴雨的直接贡献。研究结果显示, 业务数值模式对此次极端暴雨预报失败的主要原因可能是对低涡和低涡对应的地面低压东侧倒槽强度和位置有较大的预报误差。     

柔性双段腿的SLIP模型参数敏感性分析

为了反映腿部多段串联的多参数耦合特性,以SLIP(spring loaded inverted pendulum)模型为基础,建立了小腿含有串联线性伸缩弹簧的机器人柔性双段腿动力学模型。通过仿真分析其运动,获得柔性双段腿弹簧刚度、触地角度、虚拟腿长、膝关节角度、质量分布等参数的稳定域。通过对各个参数稳定域进行归一化处理和曲线拟合,获得参数稳定域变化曲线及参数敏感度排序。最后基于ADAMS与MATLAB联合仿真验证了柔性双段腿模型中参数敏感度排序的正确性。     

虚拟线性倒立摆模型在行走机器人双腿支撑相中的应用

为了提高双足机器人步行运动的稳定性,将双腿支撑阶段的机器人简化为一个虚拟的线性倒立摆模型。该模型以机器人运动的ZMP(zero moment point)为虚拟支点,以机器人质心为模型的质点;在运动中保持质点高度不变。通过预先设定ZMP的轨迹,即可获得机器人质心在双腿支撑阶段的运动轨迹。将该模型与机器人单腿支撑阶段的普通线性倒立摆模型综合运用,就能保证步行时机器人质心速度变化的连续性和步行运动的稳定性。该方法在实际机器人上进行了实验验证,结果表明该方法能够很好地适用于实际机器人的步行运动。     

二级倒立摆基于融合函数的模糊控制

文章针对多变量、非线性、强耦合性的二级倒立摆系统,采用模糊控制理论研究了二级倒立摆的稳定控制问题.考虑到二级倒立摆为多变量系统,为了解决模糊控制器规则组合爆炸问题,利用LQR控制方法设计了融合函数以降低模糊控制器的输入变量维数,降低了控制器的设计难度,并研究了量化因子对控制效果的影响,通过设置阈值使量化因子可自动调节,...     

三级倒立摆的混合控制

针对传统模糊控制的不足,基于三级倒立摆多变量非线性的数学模型,设计了由模糊控制器和线性二次最优控制器组合的混合控制器.当小车到达某一指定位置时,模糊控制器切换到线性二次型最优控制器.仿真结果表明:混合控制器有效克服了模糊控制器在定位精度低和线性二次型最优控制器响应时间慢的缺点,优于单一的模糊控制器或线性二次型最优控制器...     

抛物线法在搜寻复摆极值点中的应用

钟摆式复摆的质心可以变化,因此具有极小周期点位置,在实验室条件下,这个极值点可以采用黄金分割法和Fibonacci法来搜索。但是采用抛物线法并适当结合黄金分割点确定搜索的初始值,然后逐步构造抛物线搜寻复摆的极值点,可以大大地提高搜寻速度和精度。文章通过实验采集数据并加以分析,证明了抛物线法搜寻复摆极值点比黄金分割法和Fibonacci法有更好的搜寻效果,并且该方法对于搜寻物理学中其它极值点问题具有参考价值。     

辛欧拉格式形式能量的收敛性

对谐振子系统和单摆系统分析了辛欧拉格式形式能量的收敛性。得到辛欧拉格式的形式能量后,发现应用于谐振子系统的辛欧拉格式的形式能量是收敛的,对单摆系统无法确定形式能量的收敛范围,但其修正方程精确保持系统的平衡点。理论分析和数值模拟表明在形式能量收敛的条件下,用辛欧拉格式计算这两个系统具有保持整体结构的效果。     

直线单级倒立摆自抗扰控制优化设计

自抗扰控制技术（ADRC）通过对模型不确定因素和外扰进行补偿，使得控制系统对外扰和不确定因素均有很好的适应能力，能够有效控制多种工业上较为难控的对象，表现了极强的鲁棒性和抗干扰性，但是ADRC参数众多难以调节．本文将生物免疫算法与遗传算法相结合，提出了一种基于免疫遗传机理优化计算模型，避免了遗传算法易出现早熟、搜索效率低及不能很好保持个体多样性等问题，给出了基于免疫遗传算法的ADRC参数整定方法，通过对直线单级倒立摆的自抗扰控制，仿真实验表明了通过免疫遗传算法整定的ADRC具有的良好控制效果．