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。     

二次型最优控制在小车倒立摆控制系统中的应用

二级直线倒立摆是一个典型的不稳定系统,同时又具有非线性、多变量、强耦合的特性,因此对其稳定性的研究具有重要的意义.本文主要通过对直线二级倒立摆系统进行分析并进行了数学建模,得出了二级直线倒立摆系统的状态空间表达式,并分析了系统的稳定性、可控性和可观测性.研究了线性二次型最优控制在二级直线倒立摆中的应用,给出了其原理及公式推导过程.建立了二级倒立摆的线性二次型最优控制的Simulink仿真模型,对其进行仿真,最后对仿真结果进行分析,得出二次型最优控制能够实现二级直线倒立摆的稳定控制,而且有较强的抗干扰能力和较好的鲁棒性.     

基于最优控制LQR的单级倒立摆系统仿真研究

单级倒立摆控制是一个即复杂而又对准确性、快速性要求很高的非线性不稳定系统控制问题.在倒立摆系统数学模型的基础上,对系统进行了性能分析.应用现代控制理论最优控制LQR方法对单级倒立摆系统进行仿真控制研究,仿真结果说明反馈控制理论对倒立摆系统的控制是有效的,无论是系统的输出还是各个状态变量都具有较好稳定性和一定的鲁棒性.     

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。     

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．     

基于粒子群算法的变论域模糊控制在二级倒立摆中的研究

为了实现二级倒立摆系统的快速稳定控制,设计了一款基于粒子群算法的变论域模糊控制器。通过对二级倒立摆系统结构和参数的分析,建立了二级倒立摆的数学模型,再利用粒子群算法优化了变论域模糊控制器的参数,改进了控制器的性能,最后通过仿真证明该算法切实可行。     

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。     

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.     

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.     

二级倒立摆最优控制实验

二级倒立摆是检验各种控制理论的理想模型.本文给出了二级倒立摆的两种最优控制方法,分别是线性二次状态控制器(LQR)和线性二次输出控制器(LQY).通过仿真实验,分别得出LQR和LQY两种方法下的响应曲线,可以发现两种方法都能够使得二级倒立摆系统稳定,且将两种方法进行了对比,发现其控制效果相当.     

基于MATLAB的单级倒立摆系统研究

本文介绍了单级倒立摆系统及其物理模型、数学模型,分析了单级倒立摆系统的控制方法,并使用MATLAB仿真软件对单级倒立摆系统的控制性能进行了仿真分析。     

MATLAB的二级倒立摆虚拟仿真

在对二级倒立摆结构分析的基础上,基于牛顿第二定律建立倒立摆数学模型,并应用LQR状态反馈控制方法实现二级倒立摆控制.MATLAB仿真结果表明:LQR控制器能使倒立摆的摆角在竖直向上的区域内保持稳定,即使突然变化小车位移,摆角也能回复到预期的位置,具有较好的跟踪和控制效果、鲁棒性.     

输出反馈网络控制系统的随机时滞补偿

针对一类具有随机长时滞特性,且反馈状态不完全物理可测的网络控制系统,提出了一种时滞补偿策略.首先通过状态观测器估计系统的全部状态,然后基于对象模型计算系统在未来多个采样时刻的控制量,执行器节点根据当前网络延时选取相应的控制量,以实现对时滞控制量的补偿.分析了该补偿方法对控制系统稳定性的影响,得出了保证系统稳定的充分条件.通过倒立摆系统的数值仿真,证实该方法是正确和有效的.     

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Lagrange方程建模的单级旋转倒立摆控制

介绍一种新型单级旋转倒立摆系统的构成，通过对其动力学特性的分析建立了基于Lagrange方程的数学模型。在平衡点附近给出系统的线性化模型，对系统的稳定性、能控性和能观性进行了分析。利用线性二次型最优控制策略LQR方法设计了控制器，并在仿真实验和实物实验中实现了倒立摆的平衡控制。实验表明，系统稳定性好、鲁棒性较强。     

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.     

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.     

基于改进的表格查询法的二级倒立摆模糊控制

研究了二级倒立摆系统的模糊控制问题,对表格查询算法在二级倒立摆上的应用进行了详细介绍,通过引入输入-输出数据对及模糊规则置信度的概念,去除冗余规则,减少了控制规则,使控制器的控制规则更为简单、有效。通过建立模糊规则,构造模糊控制器,实现了倒立摆系统的稳定性控制。研究结果表明,该算法具有简单、实时跟踪效果好等特性。     

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.     

基于状态空间法的倒摆系统稳定控制

利用状态空间法实现对2级倒立摆系统的稳定控制.文中从刚体运动学角度分析了2级倒立摆系统的运动,并利用有关动力学基础,运用状态空间法建立2级倒立摆系统的数学模型,并对其进行线性化处理.对线性化后的模型进行极点配置,给出K阵,用软件实现了稳定控制.