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SDRE方法的一级旋转倒立摆控制

基于拉格朗日方程建立了一级旋转倒立摆的非线性微分方程模型,提出了一种参数化方法以获得伪线性化系统模型.研究了系统的逐点可控性,表明系统除了在摆杆垂直向下位置外都为可控.设计了基于状态相关黎卡提方程(SDRE)方法的控制器,控制增益与系统状态相关,计算复杂程度较高,但控制效果好.与线性最优二次型调节器(LQR)进行了仿真对比,结果表明:SDRE在摆杆远离平衡位置时的控制效果要优于LQR,具有超调小,调节时间短的特点,且能同时完成摆起及平衡控制而不需要另外设计控制器.     

一级倒立摆的分层模糊控制

本文设计了两个模糊控制器即位置模糊控制器和角度模糊控制器,用这两个模糊控制器进行分层控制,并把位置模糊控制器控制输出作为一个虚拟角度乘以一个系数与摆杆的实际角度叠加形成一个广义角,以这个广义角和摆杆的角速度作为输入量输入给角度模糊控制器对摆杆的角度进行控制;通过matlab的Simulikn实现了倒立摆模糊控制系统的仿真,仿真结果证明：模糊控制器不仅可以稳定倒立摆系统,还可以使小车定位在特定位置。     

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.     

高速开关阀控液压缸的位置控制半实物仿真研究

为研究基于高速开关阀的液压缸位置控制问题,设计了基于高速开关阀和换向阀组合控制液压缸的回路,并采用PWM驱动高速开关阀.建立了控制系统的Simulink离线仿真模型,采用基于卡尔曼滤波的PID控制算法完成液压缸的位置跟踪仿真.最后借助Matlab/xPC Target搭建了高速开关阀控液压位置系统的半实物仿真测试平台,仿真与实验结果表明所设计系统结构的正确性,以及采用卡尔曼滤波的PID控制算法可有效提高液压缸的位置控制精度,借助半实物仿真技术可以提高高速开关阀控位置系统的设计效率.      

具有环境自适应能力的旋转倒立摆控制方法

设计一种具有环境自适应能力的旋转倒立摆控制方法。以PID算法作为核心控制算法,加入双闭环位置反馈,以改善控制系统的环境自适应能力,使得该系统具有较强的环境自适应能力,较小的稳态误差和较快的动态响应。所提出的旋转倒立摆控制方法对于实际制作倒立摆具有较强的指导意义。     

简易旋转倒立摆及控制装置

设计了一种旋转式倒立摆,系统的工作原理是角度、位移信号经过检测电路获取后,由微分电路获取相应的微分信号,并转化为电压信号提供给驱动电路,以驱动直流力矩电机的运动,通过电机带动旋臂的转动来控制摆杆的运动。本设计结构新颖,它省去了现有直线式倒立摆中复杂的传动机构,使得整体结构简洁紧凑、占地面积小,而且使得与控制方法无关的因素（例如传动机构的故障、误差、非线性等）大大减少,从而增加了控制的精确度、控制效果稳定,使可靠性提高。     

智能振动碾压机的自抗扰循迹控制方法

循迹控制是实现智能振动碾压机自动化工作的重要环节.为了改善智能振动碾压机在非结构化路面环境下的循迹效果,解决现有控制算法存在的调参工作量大以及鲁棒性低等问题,本文提出了一种基于扰动观测的反步控制方法.首先,建立了振动碾压机的整车运动学模型和一种具有预测功能的误差动态模型.然后,基于一台改装的智能振动碾压机平台研究了外界扰动对车辆的铰接角度、航向角度及位置的影响规律,发现外界扰动对碾压机的铰接角、航向角度的影响需要实时观测估计,而对碾压机轮位置的影响可通过姿态信息修正补偿.最后,在以上研究的基础上设计了扩张状态观测器用于实时估计系统内外总扰动,从而将误差动态模型简化为串联积分型系统,并基于李雅普诺夫函数设计控制器的反馈控制律.Simulink和硬件在环的仿真结果表明:在车辆的铰接角、航向角同时受内部、外界扰动作用的情况下,循迹连续弯道曲线中距离、角度和曲率误差的最大值分别为0.088 m、0.118 rad和0.042 m~(-1).说明基于扰动观测的反步控制方法展现了良好的控制精度和鲁棒性.     

基于ADAMS的曲柄摆杆机构的运动分析

曲柄摆杆机构能将旋转运动转换为直线运动,常常作为动力源(如旋转式电动机)与直线运动形式的执行机构,是现代机械设备中一种十分常见的核心执行装置。针对某工程中曲柄摆杆机构设计中的运动学问题,基于ADAMS仿真软件建立了曲柄摆杆机构的虚拟样机模型,并对虚拟样机模型进行运行学特性分析与仿真,分析了作为执行机构的滑块上工作点的位移、运动速度和加速度变化规律,得出作为动力输入曲柄的驱动力矩曲线,从而为曲柄摆杆机构的结构设计和控制系统的设计提供参考。     

基于PID算法的旋转倒立摆实验教学平台研究

开发了一套基于PID控制算法的实验教学平台,由电机、编码器的硬件架构及驱动电路、ARM内核片上系统、PID算法和上位机仿真软件等组成。平台能够仿真上位机算法并选择最佳运动状态的PID参数,片上系统产生控制信号驱动倒立摆的电机验证其结果,上位机实时显示相关参数及运动状态。经实践教学,学生在平台中通过独立完成对PID控制算法计算和查看倒立摆的运转。同时该平台能调动学生兴趣,提高实践动手能力,有助于深化理论教学,让实验不再是乏味无趣的一门课程。     

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.     

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AT89C52的风摆控制系统设计与实现

介绍了一种基于AT89C52单片机为控制核心的风摆控制系统,该系统通过调节直流风扇转速实现对摆杆摆角的实时测量、显示和控制.系统采用SCA100T-D02角度传感器来实现对摆杆转角信号的采集,根据转角值输出一定占空比的PWM脉冲波,用L298N作为驱动电路控制风扇电机转速,以达到控制摆杆转角的目的,同时在径向距离大于50cm时可用蜂鸣器报警.该系统经过测试实验,能耗低,性价比高,具有较高的实际应用价值.     

基于神经网络逆系统方法的机器人柔顺性控制

提出了一种机器人柔顺性控制算法 ,在未知机器人精确数学模型的情况下 ,通过构建一个ANN二阶逆系统 ,并级联ANN与机械手 ,实现机器人位置系统的线性解耦 .在此基础上 ,针对已解耦位置系统 ,通过本文提出的基于目标阻抗的控制算法调节机器人手臂的阻抗 ,从而实现机器人的柔顺性控制 .还介绍了机器人柔顺性控制实验平台的建立与组成 .基于两杆操作手的实验结果证明该方法具有良好的解耦和位置跟踪性能 ,仿真结果表明本方法可实现有效的柔顺性控制 .     

电磁控制运动装置的设计

采用ATMEL公司推出的ATmega16单片机作为控制器、导电塑料电位器作为角度传感器，使用PWM调速方式调节电磁线圈的磁场强度，从而使运动装置的摆杆摆角达到题目要求。为实现电磁控制装置的快速性、稳定性，控制算法采用改进的PID算法。本装置不仅可以实现题目要求的基本功能，发挥部分也得到基本的实现。     

基于高频电压信号注入法的电梯门机无位置传感器控制策略

针对永磁同步电梯门机系统,本文结合永磁同步电机无位置传感器控制技术的最新研究成果,提出一种基于旋转高频电压信号注入法的无位置传感器控制策略,在分析旋转高频电压信号注入法估计转子位置原理的基础上,设计了归一化锁相环转子位置观测器,给出一种根据控制系统对转子位置观测器带宽的期望指标设计锁相环参数的方法,阐述了锁相环带宽与转速环带宽的匹配关系.最后在永磁同步电梯门机平台上进行了实验,验证了该控制策略的有效性和可行性.     

基于Matlab的网络化教学与实验平台设计

针对网络化教学中,学生不能对控制算法进行创新并将之应用于实物实验进行验证的缺点,设计了一个基于Matlab的网络化教学实验平台. 学生不仅可以用此平台在线浏览和下载课程课件、作业等,还可利用在线Matlab工具绘制根轨迹图、Bode图、Nyquist图等. 同时该平台配备有球杆系统、机械臂、倒立摆等实验设备,学生可以在线利用这些实验设备进行远程实验,用于辅助极点配置、PID算法等控制算法的学习,还可以自行研究新的控制算法并控制远程的实验设备. 网络化教学实验平台已经在本校自动化专业的《自动控制原理》课程中     

单级旋转倒立摆控制研究

介绍了单级旋转倒立摆的组成结构,设计了一种基于T-S模型的模糊控制器,并以Quanser公司生产的旋转倒立摆系统为研究对象进行了实验研究,实验结果表明该模糊控制器的可行性,而且具有稳定性好和算法简单的特点.     

垃圾旋转布料机布料规律研究

旋转布料机的结构设计合理与否直接影响垃圾分散效果及燃烧效率.通过建立旋转布料机运动模型及其布料方程,对影响旋转布料机的作业区间的各种因素进行了分析和研究.研究发现,与溜槽转速和摩擦因数相比,溜槽长度和倾斜角度对旋转布料机的作业区间影响更大;旋转布料机的作业区间随着溜槽长度和转速的增大而增大,随着倾斜角度和摩擦系数的增大而减小.最后,结合实际工况为某型号旋转布料机提供几组合理的设计参数.     

网络化倒立摆系统的偏差攻击及其检测方法

为解决网络化控制系统数据完整性的攻击问题,设计了基于网络化倒立摆平台状态信息的偏差攻击,并提出了对应的检测方法.利用Ettercap工具对平台网络成功入侵,对位置数据进行了偏差攻击;结合支持向量机(SVM)方法,使用LibSVM分类器,对倒立摆系统的4种状态信息进行训练、建模和数据分类,并与K最近邻、决策树方法进行对比;在平台上验证了所提出的方法.仿真和实验结果表明,所设计的攻击方法能够改变系统的稳定状态,与常用的机器学习方法相比,SVM在偏差攻击检测的二分类问题上更加优越,能较好地区分掺杂在数据的虚假数据.