基于状态观测器的倒立摆系统控制与实验研究

针对具有非线性、强耦合等特性的典型多输入多输出控制实验系统,建立了倒立摆系统的结构模型,阐述了系统的工作原理.提出了一种基于状态观测器的控制器设计方法,并在建立系统模型过程中,采用振动和力学原理对倒立摆系统的相关重要参数进行了实验测定.通过实验验证了所提出控制方法的有效性,为倒立摆系统稳定性控制、系统设计以及其他相关研究提供了理论依据和方法.     

直线一级柔性连接倒立摆的网络化控制

研究网络化控制系统中网络延时补偿对系统性能的改善效果.为一级柔性连接倒立摆进行了建模并分析系统的可控性和稳定性,设计LQR控制器.实验验证了延时对系统性能和稳定性的影响;使用统计方法研究了以太网中网络延时的分布特性,实验验证了网络延时的对称性;并设计了基于改进的卡尔曼滤波器的状态预测器对网络延时进行补偿;最后实现了完整的柔性倒立摆的网络化控制系统.实验验证了改进的卡尔曼滤波器的状态预测器的有效性,系统性能得到明显改善.     

基于非奇异终端滑模的单级倒立摆摆角控制

针对扰动因素影响下的单级倒立摆摆角控制问题,设计一种基于非奇异终端滑模的单级倒立摆控制器.首先,通过牛顿-欧拉方法建立系统的模型,并将其表示成状态空间模型形式.然后,为了实现系统输出变量的有限时间收敛,采用非奇异终端滑模控制方法设计系统摆角控制器,同时应用Lyapunov稳定性方法对闭环系统的有限时间稳定进行了证明.最后,对所提控制方法进行了仿真验证,结果表明了所设计控制方法的有效性.     

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.     

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.     

基于精确线性化理论的倒立摆系统最优控制

倒立摆是自动控制理论研究的典型实验设备,由于其具有强非线性与强耦合性,一直是先进控制算法研究的热点.文章采用了一种微分几何方法--李理论,对倒立摆系统进行精确反馈线性化,此种线性化方法使模型更多地保留了原系统主要的非线性部分,更能逼近实际系统.在此线性化模型的基础上,对倒立摆系统进行最优稳定控制设计.仿真结果表明,所提出的精确反馈线性化方法对于倒立摆系统的控制器设计是有效的.     

基于状态观测器的二级倒立摆的输出研究

针对二级倒立摆系统安装状态观测器实现实时状态反馈,是否会对系统输出造成影响的问题,从力学的角度分析了二级倒立摆的结构及运行过程,然后利用Lagrange方程对该设计进行模型建立,进而通过理论计算求出倒立摆的数学模型。将构建的数学模型通过MATLAB/SIMULINK进行仿真,并与安装状态观测器后的模型仿真输出进行对比,分析系统模型仿真输出的变化。通过仿真得出,加入状态观测器不仅能实现对数据的实时反馈,而且对系统输出没有影响,并且对倒立摆系统的控制起到了很好的辅助作用。     

直线一级倒立摆的PID控制方法研究

直线一级倒立摆控制系统是控制理论研究的典型实验平台之一,它具有非线性、不确定性和开环不稳定性等特点.首先对直线一级倒立摆系统进行分析,建立其数学模型;其次由系统的传递函数设计出该系统的PID控制器;然后通过MATLAB仿真软件中的M模块建立其该系统的PID控制器模型;最后通过调节合适的PID参数来控制直线一级倒立摆系统的平衡性,并通过其响应曲线来验证所提出的算法和模型的正确性.     

基于LabVIEW的二级倒立摆控制系统三维仿真

倒立摆是控制理论研究和教学中广泛使用的典型模型,文章在LabVIEW环境下,以二级直线倒立摆为被控对象,利用虚拟现实技术,开发了倒立摆LQR三维仿真控制系统;使用LabVIEW的三维图形工具箱将倒立摆的三维模型导入LabVIEW中,并利用LabVIEW控制设计和仿真模块将数学模型和三维模型联系起来;通过倒立摆系统的仿真数据驱动倒立摆的三维虚拟模型,能够形象地反映真实倒立摆的运动状态。所开发的系统操作界面友好易用,用户可以方便地修改倒立摆模型和LQR控制器的参数。     

主动变采样周期方法在网络化控制系统中的应用

针对基于Internet的网络控制系统中由于控制器位置变化可能导致控制性能下降甚至不稳定的问题,提出了主动变采样周期的网络化控制器设计方法. 为变采样周期的网络化控制系统建立了离散数学模型,采用Lyapunov方法给出了短延时情况下主动变采样周期网络控制系统闭环稳定的充分条件,并在倒立摆网络化控制系统中进行了实验验证. 实验结果证明了采用固定采样周期的控制器在网络位置变化后可能使系统不稳定,采用主动变采样周期的状态反馈控制方法设计的控制器在网络位置变化后仍然可以使系统稳定.      

基于嵌入式技术的网络化控制器设计

网络化控制系统是控制技术与网络化信息技术相结合的产物,已经在控制领域中得到了广泛的重视,但是实验研究的缺乏一直制约着网络化控制研究的发展.目前,网络化控制的研究大部分还只是停留在控制系统的稳定性研究、控制算法的研究等理论上的探讨.因此,该文提出一款基于嵌入式技术的高性能网络化控制器的硬件设计方法,并给出基于该网络化控制器的倒立摆网络化控制实验.在实验中,倒立摆的摆杆在垂直位置小范围内来回振动,并达到稳定状态,实验结果表明了该网络化控制器在处理控制运算算法和网络通讯方面有着优异的性能.该控制器已被成功应用于国内外多所高校实验室.     

自抗扰控制方法在单级倒立摆摆角控制中的应用

针对存在扰动情况下的单级倒立摆摆角控制问题,设计一种基于自抗扰技术的倒立摆摆角控制方法.首先,利用牛顿-欧拉建模方法建立单级倒立摆模型,并将其表示成二阶系统.然后,将部分已知系统动态和扰动因素扩张为一个新的状态变量,设计扩张状态观测器对系统总和扰动进行估计.最后,在系统总和扰动估计的基础上设计非线性状态误差反馈控制律.仿真结果表明所设计控制器具有较高的控制精度和鲁棒性能.     

两级倒立摆的鲁棒H∞状态反馈控制

简要地介绍了基于观测器的鲁棒Ｈ∞状态反馈综合方法，并利用这种方法对两级倒立摆平衡控制系统进行了研究，给出了鲁棒控制器并通过仿真的手段对所得的闭环系统进行了分析．结果表明，利用本方法所设计的两级倒立摆平衡控制系统的鲁棒稳定性是令人满意的．     

一级倒立摆的双回路PID控制

利用牛顿-欧拉方法方法建立了一阶倒立摆的数学模型,参照固高科技的倒立摆系统参数,得到了倒立摆系统的状态空间方程及其传递函数,设计了双回路PID控制器,实现了摆杆角度和小车位移的同时稳定。最后,通过Matlab仿真验证了所提算法的有效性。     

倒立摆与自动控制技术研究

本文详细地阐述了倒立摆系统及其在自动控制领域中的应用,并提出了四种典型倒立摆系统的控制模型,在此基础上,详细地分析了倒立摆的控制规律,并对其主要发展方向、研究方法和所能涉及的前沿问题进行了阐述.     

一阶倒立摆的LQR稳定控制研究

倒立摆是一个典型的快速、多变量、非线性、绝对不稳定系统,对倒立摆系统的稳定性研究在理论上和方法上具有深远的意义。本文首先叙述了对倒立摆系统稳定性研究的意义,综述了倒立摆的研究现状。其次着重介绍了LQR控制的相关理论,设计出一阶倒立摆系统的控制器。然后,对设计出的控制器进行Matlab/Simulink仿真并将仿真结果应用于固高倒立摆实时控制系统中,比较实验结果,最后得出结论。     

基于先验知识的单输入规则模块连接区间二型模糊控制器的设计

为解决单输入规则模块连接区间二型模糊控制器的设计缺少系统化方法的问题,提出了一种利用先验知识中所包含信息来系统化地构建单输入规则模块连接区间二型模糊控制器的方法.考虑了3种类型的关于被控系统的先验知识:被控系统的反对称性、单调性以及闭环系统的局部稳定性,并将这些先验知识转化成了对单输入规则模块连接区间二型模糊控制器参数的约束.将所提方案应用到了倒立摆系统的稳定性控制上.倒立摆系统控制器的设计过程表明:这些先验知识有助于系统化地设计单输入规则模块中的模糊规则,并能减小控制器参数的可行搜索区域.仿真结果验证了所提方案的有效性以及先验知识在控制器综合过程中的有用性.     

基于二级倒立摆的自适应神经网络模糊控制

针对二级倒立摆系统,提出了一种先进的智能控制策略．该种方法采用BP算法与梯度下降法结合的混合算法对Takagb-Sugeno模糊模型中的前项及后件参数进行优化修正,在已获得的客观输入输出数据对的基础上,提出一种基于自适应神经网络的模糊推理系统ANFIS来对倒立摆系统进行建模和控制．仿真结果表明,所提出的设计方法是正确的和可行的．     

Simulink环境下倒立摆控制系统建模与仿真

由驱动小台车带动的一维倒立摆系统是一个非线性、不稳定的系统。对该系统的控制常常被用来对各种不同的控制方法进行验证。本文针对倒立摆标准设计问题中标称系统的控制，设计全状态反馈控制器，使系统能够满足性能指标的要求。在MATLAB环境下，建立Simulink仿真模型对系统进行仿真，得到了满意的结果。并就所设计的控制器对摩擦系数等参数摄动的适应性进行了研究，得出一些有益的结论。     

基于Sugeno模糊模型的倒立摆模糊控制

当倒立摆的摆角及摆速很小时,对倒立摆系统的动力学方程进行局部线性化,采用Sugeno模糊模型,得到相应的模糊规则,然后选择期望的闭环极点,可设计出极点配置状态反馈控制器对倒立摆系统进行控制,仿真结果证明了该方法的有效性,能够实现倒立摆系统的稳定控制。