基于强化学习的倒立摆起摆与平衡全过程控制

倒立摆的控制是一种典型的非线性控制问题。本文的目标是在假设不知道任何倒立摆模型的前提下,采用强化学习控制器实现倒立摆的起摆和平衡的全过程控制。为提高学习效率,采用了任务分解的方法,将整个控制任务分解为起摆和平衡两个子任务,对于不同的子任务根据其特点采用不同的强化学习算法。在Matlab/Simulink上进行仿真实验,结果证明,该方法在合理的时间内可以学习到成功的控制方法。     

并行双倒立摆系统的鲁棒同步控制

基于非线性系统反馈线性化方法,得到了倒立摆系统的局部反馈线性化模型,并构造非奇异坐标变换使系统满足特定的形式,采用Backstepping方法设计了倒立摆系统的鲁棒稳定控制器。进而根据所定义的系统同步误差设计了并行双倒立摆系统的鲁棒同步控制器。采用该同步控制器,在实际的实验装置上进行了实时控制实验。实验结果表明,所设计的同步控制器实现了倒立摆装置的稳定平衡以及小车的定点控制和正弦指令信号的精确跟踪,并且令两个装置间达到了同步运动。     

基于LQG的弹性倒立摆动态稳定性控制

机械系统的轻量化,将使其材料弹性刚度减弱,从而导致系统振动加剧。为了实现对具有弹性的不稳定机械系统的控制,对弹性倒立摆的动态稳定性控制进行了研究。通过动力学分析,建立了车型弹性倒立摆系统的动力学控制模型,并对系统进行了线性化和可控、可观性分析。利用线性二次高斯(linear quadratic Gaussian,LQG)控制方法对其进行动态稳定性控制。相应的仿真研究和实时控制结果证明,该系统具有良好的控制效果和鲁棒稳定性。     

Novel active fault-tolerant control scheme and its application to a double inverted pendulum system

On the basis of the gain-scheduled H∞ design strategy, a novel active fault-tolerant control scheme is proposed. Under the assumption that the effects of faults on the state-space matrices of systems can be of affine parameter dependence, a reconfigurable robust H∞ linear parameter varying controller is developed. The designed controller is a function of the fault effect factors that can be derived online by using a well-trained neural network. To demonstrate the effectiveness of the proposed method, a double inverted pendulum system, with a fault in the motor tachometer loop, is considered.     

二级倒立摆的摆起控制

以往对非线性系统主要是采用线性化的方法进行控制，提出了一种基于专家系统及变步长预测控制的实时非线性系统控制方法。用变步长一步预测避开复杂的非线性推导，结合专家系统对控制参数进行修正，从而实现对复杂非线性系统的实时控制。利用这种方法，实现了二级倒立摆的摆起及稳定控制。     

基于变增益LQR控制方法的二级倒立摆自动摆起

为了实现导轨受限情况下二级倒立摆非线性系统的自动摆起控制,提出了基于变增益LQR控制方法的自动摆起控制方案. 首先,基于Lyapunov函数, 设计了变参数切换控制器, 通过限制小车运动的最大速度,将小车位移控制在一定的范围内,并将第一级摆杆从下垂位置摆起到倒立位置; 其次,采用变增益LQR控制方法将第一级摆杆稳定在倒立位置, 同时,采用等效小车法将第二级摆杆摆起到倒立位置;最后,采用变增益LQR控制方法将两摆杆同时稳定在倒立平衡点.变增益LQR控制器的鲁棒性较强,避免了由于摆杆状态变化而引起小车位移的冲击.仿真和实物实验均验证了该控制方案的有效性.     

单摆甩起时间优化轨迹的计算方法

对只有一个摆杆的单摆的甩起过程进行了研究。在能量分析的基础上,给出了一次摆动的前后角度边界和一次摆动时间最短轨迹的解析分析。基于时间最短一次摆动给出了搜索时间优化甩起轨迹的数值计算方法,该方法需要搜索的变量数等于甩起摆动次数减一,计算量较小。文中给出了两次摆动和三次摆动甩起的时间优化轨迹的计算结果。     

六自由度飞行器编队建模与控制

传统主从式编队常采用线性化反馈控制,很难满足复杂高精度空间飞行器编队要求。针对主从式飞行器相对平动和相对转动运动进行建模,进而得到统一的六自由度飞行器编从的非线性动力学模型。基于所得模型,设计了六自由度飞行器编队控制的滑模控制器和积分反推控制器,并给出基于Lyapunov的严格数学证明。仿真结果表明,控制器能够保证从飞行器六自由度运动跟踪误差的一致渐近收敛,为空间飞行器在轨服务等飞行器编队实际应用提供了理论参考。     

一类串级不确定非线性系统的最优滑模控制器设计

对一类串级不确定非线性系统提出了一种基于SDRE控制的最优滑模控制方法。该方法采用两环控制结构，外环控制器的设计采用基于依赖状态的Riccati方程最优控制，用以产生最优滑模面。内环控制器设计采用滑动模控制以减小控制系统对参数变化、模型误差、外部干扰的敏感。同时提出了两种求解依赖于状态的Riccati方程的方法，所设计的最优滑模控制器能使串级不确定系统具有鲁棒稳定性。最后通过一个仿真算例，验证了该控制方法的有效性。     

三级倒立摆系统模糊控制器设计及仿真

提出了一种借助于系统的线性化模型设计三级倒立摆系统模糊控制器的方法。这种方法将线性系统理论与模糊控制技术相结合,将单一的复杂控制策略转化为多级控制策略嵌套,大大简化了三级倒立摆系统模糊控制器的设计步骤。仿真结果表明,该方法是可行性的。     

二级倒立摆在Simulink环境下的实时控制

利用Matlab环境下Simulink工具箱中现有的模块及其函数,开发出能够与被控硬件系统直接通讯的软件模块以及对被控系统进行实时操作和控制的命令模块,实现了直接在Simulink环境下对二级倒立摆系统的实时控制,扩充了已有的Simulink工具箱的功能。研究中所采用的技术与方法可以扩展到对其他硬件系统的实时控制中。     

四级倒位摆系统的模糊控制方法研究

倒立摆系统由于其多变量、非线性和强耦合性等特点而一直成为各国专家学者研究的热点。目前,一级、二级、三级倒立摆都已经有成功控制的实例,而单电机控制的四级倒立摆系统的控制还未见报导。本文首先推导了四级倒立摆系统的数学模型,并对倒立摆系统在平衡点附近进行了可控性研究。在此基础上,提出一种基于三维模糊组合变量的控制方法。仿真研究结果证明了所提出控制方法的有效性。     

基于控制Lyapunov函数新性质的逆最优控制

利用控制Lyapunov函数的新特性,对非线性仿射系统进行了逆最优控制器的设计,进一步改进了基于控制Lyapunov函数的控制器的性能,并且该控制器对于一定范围的输入不确定性具有鲁棒性。将结论用于陈氏混沌系统不稳定平衡点的渐近稳定控制律的设计中,理论分析与仿真结果证明了该方法的有效性与实用性。     

Ant colony optimization algorithm and its application to Neuro-Fuzzy controller design

An adaptive ant colony algorithm is proposed based on dynamically adjusting the strategy of updating trail information.The algorithm can keep good balance between accelerating convergence and averting precocity and stagnation.The results of function optimization show that the algorithm has good searching ability and high convergence speed.The algorithm is employed to design a neuro-fuzzy controller for real-time control of an inverted pendulum.In order to avoid the combinatorial explosion of fuzzy.rules due to multivariable inputs,a state variable synthesis scheme is emploved to reduce the number of fuzzy rules greatly.The simulation results show that the designed controller can control the inverted pendulum successfully.     

基于T-S模型的倒立摆双闭环串级模糊控制设计与仿真

针对具有多变量、非线性特性的倒立摆系统,提出了一种基于T-S模型的双闭环串级模糊控制方法。在该方法中,内环控制倒立摆的角度,外环控制倒立摆小车的位移,并对双闭环参数耦合实现了解耦,降低了系统设计的难度和复杂度。数字仿真结果表明了该方法的可行性。     

多点同步并激振动试验控制系统的设计与实现

针对类似导弹的细长条试件进行振动试验,难以实现振动与应力分布的均匀性,需采用多点同步并激振动试验才能达到试验要求,研制了多点同步并激振动试验控制系统。对多点同步并激随机振动试验控制提出系统均衡综合方法,以弥补不同均衡方法的不足。使用多处理器结合扩展总线通讯模式的硬件结构和多层次模块化的软件结构,对系统进行了实现。实验结果表明,该控制系统对多振动台同步振动试验控制效果良好,满足试验要求,具有一定的实用价值。     

一类非线性系统的终端滑模分解控制

针对一类非线性系统的稳定控制问题,提出了一种终端滑模分解控制器的设计方法.首先将整个系统分解成两个二阶子系统,设计两个子系统各自的终端滑模面;然后将一个子系统的控制目标嵌入到另一个子系统的控制目标中,用一个控制量使两个子系统在有限时间内收敛至平衡点.该方法对于维数较高系统的控制具有较大意义,可简化设计.倒立摆的仿真结果验证了该方法的有效性.     

Digital implementation of fractional order PID controller and its application

1.INTRODUCTION Fractionalcalculushasahistoryof300years.Itisa subjectthatinvolvesthetheoryofintegralsand derivativesofarbitraryorder.Forthreecenturiesthe theoryoffractionalcalculushasdevelopedmainlyasa puretheoreticalfieldofmathematicsusefulformathe maticians.Butinrecentyearsitsapplicationshave beenseeninmanyfieldssuchas,viscoelasticity,a coustics,rheology,polymericchemistry,fractals, control,andmanyotherfields[1～4]. Applyingfractionalcalculusinthecontrolfieldis justarecentfocusofinte…     

汽车巡航自适应PI控制系统设计

汽车巡航控制系统的动力学特性和控制策略是一个重要的问题.针对汽车巡航PI控制系统中存在非线性特性,在分析汽车巡航PI控制系统特性的基础上,提出一种新的用于确定系统最佳输出参数的优化准则,根据该准则编写了控制系统的自适应算法,实现PI参数随控制系统状态参数的变化而自动调整,从而改善控制系统的动态性能.理论分析和仿真结果证实了该控制策略的正确性和有效性.     

非线性姿态镇定控制律设计与仿真研究

研究了具有轴对称特性的飞行器姿态镇定问题。根据球极投影原理引入两个姿态角的微分同胚映射,将原姿态运动模型变换为一新的形式;并在此基础上,通过将飞行器的一个旋转角速度分量先镇定到原点,得到了具有串级形式降维的姿态系统模型。根据降维模型的特点,渐近得出完整的姿态镇定控制律,并用Ｍａｔｌａｂ语言和Ｓｉｍｕｌｉｎｋ实现了系统仿真模型。仿真结果证明了本方法的有效性。