对倒立摆控制系统设计的仿真与比较

倒立摆系统是一个复杂的、绝对不稳定的非线性系统。给出了一种倒立摆系统动力学模型,分别采用基于状态反馈和变结构控制的方法对其设计了控制方法;基于数字仿真对这两种方法进行了比较,结果表明变结构控制的方法具有较强的鲁棒性和有更好的控制效果。     

逆系统轨迹控制二级倒立摆自动摆起

将逆系统轨迹控制应用于二级倒立摆的自动摆起控制系统,离线求解非线性方程两点边值问题,得到系统的参考轨迹;采用逆系统前馈控制和基于H∞控制的增益调度反馈控制对参考轨迹进行精确跟踪,实现二级倒立摆的自动摆起;当两摆杆摆起到竖直倒立位置后,采用变增益H∞反馈控制器进行稳定控制.仿真实验结果表明,该方案在较短的摆起时间内实现了二级倒立摆两摆杆的自动摆起,稳定性和鲁棒性明显提高.     

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。     

基于SimMechanics的直线六级倒立摆LQR控制研究

六级倒立摆是一个复杂的不稳定系统,数学建模较为繁琐.本文采用了MATLAB软件的SimMechanics工具箱建立直线六级倒立摆的机械结构模型,利用LQR理论设计出状态反馈控制器,对指定初始角度的直线六级倒立摆系统进行控制,得到了良好的控制效果.     

单轴倒立摆系统的平衡和位置控制

对GIP-100-L单轴倒立摆实验系统的平衡和位置控制问题进行了研究.首先建立系统数学模型,运用状态反馈极点配置的方法,实现倒立摆摆杆的平衡控制;然后通过设置位置反馈,实现了小车的位置跟踪.实验结果表明,设计方法是有效的.     

LQG/LTR控制在二级倒立摆系统中的应用研究

以二级倒立摆系统为例,采用LQR状态反馈与卡尔曼状态估计相结合的方法,通过回路传输恢复LTR技术弥补LQG设计的不足,完成了LQG/LTR全状态反馈控制器的设计,并运用MATLAB语言进行仿真分析,将其仿真结果与LQR控制器进行了对比。结果表明,LQG/LTR控制在二级倒立摆系统中有效地解决了在外界干扰和量测噪声等情况下出现的不稳定问题,且具有较好的鲁棒性。     

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.     

基于加权变量模糊控制的倒立摆控制系统

针对多变量、非线性和强耦合的二级倒立摆系统,利用最优控制反馈矩阵,综合考虑小车、下摆、上摆和模糊误差信息,加权模糊控制器输入变量.设计了分别以倒立摆的小车、下摆和上摆为主控制量设计三种加权变量模糊控制器,控制二级倒立摆系统稳定.仿真研究表明,以上摆为主控制量设计的加权变量模糊控制器控制效果最佳,能够得到很好的稳定效果,收敛快、精度高,表明该方法的控制效果是最有效可行的.     

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．     

现代控制理论在三级倒立摆系统中的应用

本文提出了一种带有两个控制电机的三级倒立摆的新结构形式。文中采用Lagrange方法导出三级倒立摆的数学模型。控制系统的设计方法采用了基于现代控制理论的状态反馈控制器和状态观测器,并由单板机通过软件的方法实现。实验结果是令人满意的。     

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。     

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。     

倒立摆的移动控制

构造了带自由摆的倒立摆,利用现代控制论的方法,使倒立摆在保持直立的状态下能够向任意位置移动,从而为两足步行机器人的步行研究提供借鉴。     

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。     

以最优控制法实现旋转式倒立摆系统的控制

旋转式倒立摆系统是典型的非线性、不稳定系统。文中介绍了旋转式倒立摆系统的动力学建模过程,研究了倒立摆系统的二次型最优控制器设计,并运用MATLAB程序对最优控制器进行了仿真,通过仿真实验表明这种控制方案是可行的,其效果良好。     

不平整地面上双足机器人的步态控制

提出了一种不平地面环境下双足机器人的步行控制算法.该算法由步态规划和传感器反馈控制系统组成.在步态规划中,采用被动倒立摆模型设计双足机器人的质心位置,所生成的步态使机器人能够在平地上更自然有效地稳定行走.在线反馈控制系统用于处理地面环境的凹凸不平以及来自外界的未知扰动,可分为上身姿态控制、期望ZMP控制以及非线性落地控制3个部分.这3种控制分别针对不同的控制目标,并根据步行过程的具体阶段在线修正预先规划好的步态,维持双足机器人的步行稳定性.它们在结构上相互耦合,从而实现加速在线反馈控制系统的收敛速度、克服机器人柔性对控制作用的负面影响等效果.双足机器人在凹凸地面的步行实验验证了所提出步行控制算法的有效性.     

内模原理在肢体平衡中的模型及应用

为了解决肢体平衡问题时可以保证系统在运动控制过程中的精确性和稳定性,该文在内模原理思想的基础上提出了一种基于预估器的小脑模型(KECFEL)。这种模型由前馈神经网络控制器构成;训练前馈模型中神经网络的教师信号由预估器以及反馈控制器(CFC)的输出来提供,并采用在线学习对网络进行权值更新与网络训练;同时采用比例微分控制器(PDC)作为反馈控制器以确保全局稳定性。通过该模型对倒立摆的仿真实验验证该模型对肢体平衡控制的有效性。