基于扩张状态观测器的直线倒立摆状态反馈控制研究

针对直线倒立摆的控制问题,利用拉格朗日方法对实际物理模型进行线性化处理建立数学模型,为了提高控制精度,将不确定外扰和未建模动态视为一个综合扰动项,运用扩张状态观测器对系统状态和综合扰动项进行观测,设计了基于扩张状态观测器的直线倒立摆状态反馈稳摆控制器;用能量反馈方法和bang-bang控制器实现倒立摆起摆到稳摆的切换。通过无干扰和有干扰状态直线倒立摆起摆到稳摆过程的实验研究,表明系统能够有效的抑制外界干扰,具有较强的鲁棒性。     

倒立摆系统的状态空间极点配置控制设计

为实现多输人多输出、高度非线性、不稳定的倒立摆系统平衡稳定控制,将倒立摆系统的非线性模型进行近似线性化处理,获得系统在平衡点附近的线性化模型.利用牛顿一欧拉方法建立直线型一级倒立摆系统的数学模型.在分析的基础上,基于状态反馈控制中极点配置法对直线型一级倒立摆系统设计控制器.由MAT-LAB仿真及对实际系统的调试验证,表明采用的控制策略是有效的,设计的控制器对直线型一级倒立摆系统的平衡稳定控制效果好,提高了系统的抗干扰能力.     

基于T-S模糊模型的倒立摆

用牛顿力学方法建立了直线一级倒立摆的非线性数学模型,并基于倒立摆系统的状态方程,用Matlab对系统进行定性分析。采用极点配置法、LQR设计了控制器,并分析了参数对系统控制的影响。针对倒立摆的非线性,研究了非线性控制方法中变结构控制的基本思想,并设计了控制器。     

倒立摆控制器的鲁棒性研究

在建立倒立摆系统控制对象数学模型的基础上,详细介绍了单级单级控制器的设计过程。首先,采用PID控制算法和状态空间极点配置法对倒立摆进行控制器设计,然后采用最优控制算法设计倒立摆的控制器,最后设计一种基于自适应的控制器。最终采用Matlab软件进行仿真验证了设计结果,证明了自适应的有效性。     

倒立摆状态反馈极点配置与LQR控制Matlab实现

为了实现对绝对不稳定的非线性多变量倒立摆系统的控制,采用了状态反馈极点配置和LQR控制2种方法。状态反馈极点配置是将多变量系统的闭环系统极点配置在期望的位置上,从而使系统满足瞬态和稳态性能指标。LQR算法是在一定的性能指标下,利用最少的控制能量,来达到最小的状态误差。通过Matlab软件仿真实验,发现2种控制方法对于倒立摆这种不稳定的系统有一定的控制作用,证明了两种控制方案的可行性和有效性。仿真表明二次型最优控制有较小的振荡和超调量,对系统有更好的控制效果。     

基于Matlab GUI的倒立摆系统仿真平台设计

倒立摆系统是“自动控制原理”课程中的典型控制系统,极点配置及LQR是常用的控制器设计方法。极点配置是通过设置极点确定状态反馈矩阵,LQR是通过设置L,Q参数确定最优反馈矩阵。为了快速确定倒立摆系统的反馈矩阵及闭环反馈系统,文中通过Matlab GUI编程设计一种倒立摆系统仿真平台。该仿真系统通过设置倒立摆的参数,可直接确定系统状态方程;通过对系统进行极点设置和L,Q参数设置,可直接求出相应的系统状态反馈矩阵;设置三种不同的输入信号,则能够显示对应的响应曲线图。所设计的倒立摆仿真平台具有图形化的界面,操作方便、应用灵活,可以根据设置系统的不同参数自动求解相应的系统状态参数,并直观地显示其对应的响应曲线。该仿真平台可用于课堂教学及实验教学中,以加深学生对倒立摆系统控制的理解,提高学生分析和解决问题的能力。     

两轮移动倒立摆的开关切换模糊极点配置控制器设计

为了更好地控制两轮移动式倒立摆,文章以两轮移动式倒立摆动力学数学模型为基础,设计了一种开关切换模糊极点配置控制器,利用该控制器对系统进行控制。通过一个选择型开关把模糊控制和状态反馈的极点配置控制有机的统一起来构成了开关切换模糊极点配置控制器。在Simulink中,对设计的开关切换模糊极点配置控制器进行了仿真,实现了两轮移动式倒立摆的平衡、匀速前进、匀速转弯。仿真结果说明了开关切换模糊极点配置控制器对两轮移动式倒立摆起到一定的抗干扰和理想的控制作用。     

简易旋转倒立摆控制系统设计

本设计以STC89S52单片机为控制核心,通过角度传感器得到系统变量,利用PWM分别对电机转动角度与速度进行控制,进而实现倒立摆在一定的角度范围内的旋转控制。     

基于倒立摆原理的智能平衡车设计

本文在一阶倒立摆理论分析与创新的基础上,以飞思卡尔公司推出的MK60FX512VLQ15单片机为平台,设计了一种性价比高、稳定性强的两轮平衡车控制系统.通过对车体速度以及姿态等信息的采集,使用PID算法对平衡车的安全行驶与平稳转向进行控制.同时通过蓝牙模块,将当前速度、姿态控制参数、转向控制参数等数据上传至上位机并保存,便于研究人员掌握小车信息,使系统具有更好的鲁棒性.     

基于倒立摆的两种控制策略的研究

倒立摆系统被广泛应用于检验各种控制理论和控制策略的有效性中.分析了两种简单而有效的控制策略:极点配置法和线性二次最优控制策略的LQR法,并通过Matlab仿真对单极倒立摆系统进行了控制效果的对比,从理论和仿真结果上讨论了这两种控制策略的优缺点.     

基于状态方程的二级倒立摆最优控制研究

主要利用状态空间方程,研究二级倒立摆的最优控制理论。通过对系统进行数学建模,再在平衡点处进行线性化处理、近似计算,得出控制矩阵;接着设计最优控制方案和控制器,以消耗能量最少为标准;最后根据计算结果,通过Matlab程序仿真,得出了上下摆的角度和小车位移的曲线图,并得出结论说明控制器的设计是成功的。     

基于Matlab的倒立摆系统实时模糊控制研究

研制出一种低成本、高可靠性和高稳定性的倒立摆硬件系统,同时提出一种专家模糊控制策略以及基于Matlab的实时控制途径.采用模糊组合变量来减少模糊规则数,并根据摆角来选择不同模糊规则库从而提高控制性能.用Matlab实现的控制算法在对倒立摆的实验中表现出很好的实时控制性能.     

基于倒立摆的PID控制算法的研究

建立了直线一级倒立摆的数学模型,设计出倒立摆系统的PID控制器,并使用“稳定边界法”快速整定了PID算法的控制参数,最后通过Matlab／Simulink进行了仿真实验。结果指出PID算法能够有效控制倒立摆的摆杆角度。     

二级倒立摆系统的模糊控制

倒立摆系统作为一种典型的实验装置,它具有高阶次、非线性、不稳定、多变量、强耦合等特点,可以很好的验证控制理论,并且与工程中的控制对象具有类似的结构。文中采用模糊控制研究二级倒立摆系统的实时控制问题,设计模糊控制器控制倒立摆系统的稳定。实践证明,模糊控制方法控制二级倒立摆系统的稳定是可行的。     

基于间接模糊自适应控制的倒立摆系统设计

自适应模糊控制系统对参数变化和环境变化不敏感,能用于非线性和多变量复杂对象,不仅收敛速度快,鲁棒性好,而且可以在运行中不断修正自己的控制规则来改善控制性能,因而受到广泛重视。提出一种间接模糊自适应控制的方法,并将其成功应用于倒立摆系统中,根据Matlab模糊逻辑工具箱仿真得出理想的结果。     

嵌入式组合控制直线一级倒立摆系统

倒立摆系统广泛应用于对各种控制理论和控制策略的正确性和有效性的检验。针对固高公司直线一级倒立摆系统,提出一种嵌入式组合控制直线一级倒立摆系统。在线仿真实验表明,该系统达到了自动、安全的效果。分析系统响应曲线可知,嵌入式组合的控制算法正确、有效。     

用计算机仿真技术实现倒立摆稳定性控制的研究

通过建立数学模型,利用计算机仿真技术,对倒立摆稳定性和可控性进行了研究,提出了基于状态空间法的控制方法。     

Real-time control of a wheeled inverted pendulum based on an intelligent model free controller

This work applies a novel model free intelligent controller to control wheeled inverted pendulums (WIPs). The main purpose of this work is to develop an adaptive output recurrent cerebellar-model-articulation-controller (AORCMAC) for angle and position control of such a WIP without model information. Because the novel model free AORCMAC architecture captures system dynamics, it has a superior capability to the conventional cerebellar-model-articulation-controllers in terms of its efficient learning and dynamic response. Moreover, a virtual angle is applied to complete the angle and position control of the WIP simultaneously with the model information unknown. The experimental results indicate that the WIPs can stand upright and move forward and backward stably when using the proposed control scheme.