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.     

基于二级倒立摆的现代控制理论课程设计

从工业革命以来,科技迅猛发展,机器逐渐代替手工,自动控制将人类从繁琐的劳务工作中解脱出来,随着科技的发展,逐渐成为了一个重要的学科,作为一门应用性极强的学科,各大高校都有必要设置实验课程来提高学生对理论课程的理解。倒立摆实验平台是一个非线性、高阶次、多变量、强耦合的典型不稳系统,由于其原理简单,操作方便的特点,成为了高校和研究所验证控制方法是否有效的理想平台。研究表明,三级倒立摆稳定难以做到,一级倒立摆稳定过于简单,因此采用好的控制方法,来实现二级倒立摆的实时稳定控制,通过这种方式,可以很好地锻炼学生的思维能力和动手能力,做到灵活运用理论知识。     

一种简易的倒立摆控制实验系统

利用旧式针式打印机的横向走行结构，作为倒立摆的基本机械结构，设计并制作一种简单可行的低成本倒立摆实验系统。在此基础上，对其控制电机和主控电路加以重新设计，并设计控制算法，使之能够实现对倒立摆的控制。经实验验证收到了一定的控制效果。本系统可应用于演示倒立摆控制，或验证控制算法。     

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。     

基于LabVIEW的倒立摆控制仿真实验设计

为弥补"自动控制原理"传统实验教学的不足,以一阶直线倒立摆为被控对象,结合虚拟仪器技术,基于LabVIEW软件,设计了倒立摆仿真实验软件。先对倒立摆建立数学模型,然后对系统进行性能分析,再进行控制设计并实现可视化的倒立摆运动仿真。将LabVIEW运用到控制理论实验,仿真真实的控制系统,可辅助实验教学,改善教学质量,提高学生的创新实践能力。     

倒立摆控制的设计与仿真

针对倒立摆的稳定控制问题,阐述了二阶倒立摆的数学模型,采用线性二次最优控制理论,设计了倒立摆控制系统的线性二次型调节器和线性二次型输出器,使倒立摆系统闭环稳定。在Matlab 6.5环境下,对倒立摆系统在两种控制器作用下的控制过程进行仿真.结果表明,在非线性控制问题中,线性二次型输出器与线性二次型调节器相比,对倒立摆系统的控制更有优势。     

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。     

基于数据采集卡的倒立摆实验系统

该文针对现代控制理论课程现有实验装置存在的缺陷,开发了一套基于NI USB6210数据采集卡的倒立摆实验系统。本实验系统上位机通过数据采集卡实时接收直流电机位置信号和摆臂角度信号,经过双闭环控制运算,再通过数据采集卡输出控制PWM波和电机旋向信号给电机驱动电路,从而控制直流电机运动,以保证倒立摆系统在平衡位置稳定,摆臂保持垂直向上稳定。该倒立摆系统运用LabVIEW软件编制操作界面,并进行数据采集和控制运算,可以实时获取各种实验数据,快速整定PID参数。系统完全开放,学生也可快速编制各种控制算法进行实验,有助于其创新能力的培养。     

基于模糊控制的单级旋转倒立摆系统设计

单级旋转倒立摆系统是一种典型复杂的，不稳定的非线性系统。该系统作为一种理想的实验平台，被广泛应用于控制理论教学和各种控制方法的验证中。该文介绍了单级旋转倒立摆的系统组成结构，设计了相应的模糊控制器，并以自制的单级旋转倒立摆为研究对象开展此项研究。最终的实验结果表明，该系统的稳态特性和动态特性均较优。     

柔性二级倒立摆的准滑动模态控制研究

柔性二级倒立摆是一个高阶非线性强耦合的自然不稳定系统,为了对其进行稳摆控制,基于建模机理建立了柔性二级倒立摆数学模型,提出准滑动模态控制方法,设计了滑模变结构控制器,使系统具有较好的稳摆控制和鲁棒性.仿真结果表明:基于准滑动模态控制的滑模变结构控制方法能够更好地实现倒立摆稳定控制;比传统指数趋近率的滑模控制器输出更加平滑,削弱了抖振.     

直线倒立摆系统的输入整形技术开发

针对目前缺乏输入整形技术的实验平台,提出在保持现有直线倒立摆实验系统条件下进行的二次开发,使其能够完成新的实验功能。该实验平台不但能够为本科生提供自动控制原理学习的实验,而且可作为研究生研究输入整形理论和实验相互验证的平台。从而提高该实验设备利用率,最大程度地实现资源共享。     

基于虚拟现实技术的控制理论课程教学方法研究

在控制理论课程中,采用虚拟现实技术作为辅助手段实时控制倒立摆的教学方式,将原来抽象、枯燥的学习内容,用图像、动画和声音等多种媒体形式展现在课堂教学中,有利于学生对抽象控制理论内容的形象理解,还可以减少控制理论验证的时间和外界因素的影响,提高学生单位时间内获得的知识量,同时,能极大地提高教学质量,实现教学目标,并将推动教学研究,促进教学改革.     

倒立摆系统的滑模变结构稳定控制

应用滑模变结构理论对倒立摆系统的稳定控制进行了应用研究,基于滑模变结构理论二次型指标最优化方法设计了状态反馈控制器.作为对理论工作的验证,将设计的控制器应用到固高科技有限公司生产的直线倒立摆实验设备上,实验表明该方法得到的控制器具有较好的控制效果.     

用复摆法测量刚体的转动惯量

利用复摆原理,设计了一种新型的转动惯量测定仪。经过实验,其测量数据与理论计算值相吻合,相对误差小于4%.该实验装置操作简单,结构灵活,与理论教学内容紧密相结合。该仪器还可验证平行轴定理,使学生通过实验能够深刻掌握刚体力学所要求的内容。     

基于倒立摆系统的实验设计

倒立摆系统作为一个经典的控制理论研究平台,是将理论应用于实际的理想实验平台.以固高公司的一级直线倒立摆为平台,搭建了实验教学系统,建立了系统数学模型,给出了PID控制实验和模糊控制实验的设计过程和仿真结果.结果表明:所设计的实验系统是可行、有效和可拓展的,丰富了实验教学内容,为设计性实验教学改革提供了支撑.     

数值实验在《基础物理》教学中的应用

数值实验可以丰富《基础物理》教学内容、提高学生的学习兴趣和培养学生的科学研究观念及创新能力。文中以非线性扭摆振动为例,通过数值求解严格的扭摆振动方程,观察各物理参数对实现不同的振动现象的影响,来说明数值实验在《基础物理》教学方面所起的作用。     

基于智能手机的单摆实验创新设计

利用智能手机视频录制功能与视频分析软件相结合,对单摆运动实验进行了创新设计,对单摆运动的y－t图像分别进行傅里叶分析和数值拟合,计算单摆运动的周期。该方法简单易行,精确度高。将其应用于实际教学,效果好,学生实验兴趣高。     

基于LQR最优调节器的二级倒立摆控制系统

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。本文建立了二级倒立摆的数学模型,并推导出模型的状态空间表达式,分析了系统的稳定性,能控性和能观性,利用了线性二次型最优调节器(LQR)方法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。     

柔性倒立摆远程控制实验系统

通过对柔性连接倒立摆系统的一级摆实物远程控制研究,采用拉格朗日方程法进行系统建模,建立了一级柔性连接倒立摆系统的数学模型并进行了定性分析. 探讨了利用Matlab与Simulink实现系统的实物控制及加权矩阵 Q和R 的选取方法. 结合Matlab和C语言,实现了柔性倒立摆系统以互联网为介质的远程控制实验系统.