一类非线性欠驱动系统的混沌优化LQ控制

提出了一种基于混沌优化线性二次最优控制器权矩阵参数的三级倒立摆控制方法;根据系统控制的目标,设计了一类适合多变量系统的优化性能指标函数;这类性能指标函数综合考虑三级倒立摆系统各个输出间的重要程度,以及动态特性和稳定性要求,结合文中的性能指标函数,首先利用混沌粗搜索得到控制器权矩阵参数的次优解,再在次优解的邻域内继续寻优,得到全局最优的权矩阵参数;利用这种方法得到的LQ控制器,有效地实现了对三级倒立摆的稳定控制。     

三级倒立摆系统最优摆杆长度组合选取的研究

基于系统能控矩阵特征根距离原点的位置反映系统能控性大小的原理，提出一种通过计算系统能控矩阵最小模特征根来确定三级倒立摆最优摆长组合的方法。通过对不同摆长组合所构成的三级倒立摆系统在相同控制策略下的控制系统的仿真实验性能的对比，验证了在综合考虑系统位移量以及控制量大小的情况下，根据所提出的方法设计出的三级倒立摆系统的摆杆长度组合是最优的，并使用该方法得到了一定范围内三级倒立摆的最优摆长比值与固定摆杆的不同长度之间的对应关系。     

基于鲁棒H∞理论的三级倒立摆控制系统研究

为了研究三级倒立摆的鲁棒控制方法,设计出三级倒立的状态反馈H∞控制器。仿真结果表明三级倒立摆具有良好的鲁棒稳定性、鲁棒性、抗干扰性,实现了对三级倒立摆的稳定控制。同时运用了状态空间极点配置法和LQR最优控制法,分别设计出针对三级倒立摆的控制器。经比较研究：采用状态反馈H∞方法设计的三级倒立摆控制器的控制效果非常好,使其具有较小的振荡和超调量,倒立摆起摆迅速,稳定控制性能优良。     

三级倒立摆的自适应神经模糊控制

在三级倒立摆(TIP)系统中, 应用神经网络与模糊控制相结合的自适应神经模糊推理系统(adaptive neuralfuzzy inference system), 根据样本数据调整隶属函数和控制规则参数, 使得训练后ANFIS控制器很好地模拟期望的输入输出数据. 仿真结果表明所设计的ANFIS控制器对三级倒立摆系统的稳定控制是可行的. 与LQR控制相比, 基于ANFIS控制的倒立摆系统具有良好的动态性能和抗干扰性能.     

倒立摆系统的最优控制应用研究

针对倒立摆系统的不稳定性,对最优控制理论在倒立摆控制系统中的应用进行了分析,设计LQR控制器,并在倒立摆实验装置上进行了实验。实验结果表明设计的控制器是有效的,对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LQR三级倒立摆变论域自适应模糊控制

针对传统模糊控制的不足,以三级倒立摆为例,应用变论域自适应模糊控制理论,给出了三级倒立摆的数学模型,并验证了其可控性。考虑到三级倒立摆为多变量系统,为了解决模糊控制器规则组合爆炸问题,利用LQR理论先设计出状态反馈器,再进行降维处理。最后利用变论域自适应模糊控制理论给出伸缩因子,从而得到变论域自适应模糊控制器。仿真结果表明,该方法控制精度高,具有良好的稳定性和鲁棒性,可实现倒立摆系统的随动控制。     

旋转二级倒立摆的控制系统设计与仿真

小车倒立摆系统是一个典型的多变量、非线性、强耦合和快速运动的自然不稳定系统,其控制问题被公认为控制理论的一个典型问题,是控制理论研究的典型实验平台.旋转二级倒立摆是一种新型的倒立摆装置,与同级的直线轨道倒立摆相比,结构简单紧凑,但模型更复杂和不稳定,对控制算法提出更高的要求,增加了控制难度.该文基于动力学理论分析旋转二级倒立摆系统的结构,建立了旋转二级倒立摆系统的数学模型状态空间方程,分析了系统的稳定性和可控性.采用二次型最优控制策略对旋转二级倒立摆系统进行控制系统设计,并借助Matlab平台进行了仿真实验.实验结果证明了其控制有效性,该控制结果与其它控制方法相比,有较优的稳态特性和快速性,系统处在较大的非平衡初始状态,旋转二级摆杆也能稳定地控制在倒立平衡位置附近.因此可以进一步扩展到多级旋转倒立摆的控制,对于实现其它不稳定系统的控制,也有着一定的借鉴价值.     

一级直线倒立摆匀速行走的模糊控制研究与实现

当前针对倒立摆的研究一般是把角度控制或者位置控制作为控制目标,很少着眼于速度控制,有鉴于此,设计了一种简单的模糊控制器,应用于一级直线倒立摆的匀速行走控制中;仿真实验和实物实时控制实验均验证了该控制器的有效性,对于设定的速度整定值,通过调整几个比例环节的系数,系统具有很好的动态性能指标,而且控制器在有外界扰动时体现了很好的抗扰性;考虑到实际物理系统中倒立摆行程的限制,设计的自动换向开关实现了倒立摆在一段给定的行程上匀速来回行走的控制目标,通过手动切换开关也能实现倒立摆的位置控制。     

基于拉格朗日建模的单级倒立摆起摆与稳定控制

基于拉格朗日方法建立直线一级倒立摆系统的数学模型.采用能量反馈进行倒立摆的起摆控制,在平衡点附近切换并采用现代控制理论中的状态空间极点配置以实现稳定控制.仿真和实验结果表明该方法对单级直线倒立摆系统的起摆与稳定控制具有很好的效果.     

复杂条件下倒立摆摆角控制设计与实验研究

首先,研究复杂条件下倒立摆系统的自抗扰摆角控制,将实际系统存在的周期扰动、模型不确定性和间隙迟滞非线性等效成控制系统的输入端扰动．然后,利用扩张状态对输入端扰动进行建模和估计,通过设计扩张状态观测器和状态反馈实现复杂条件下倒立摆系统的摆角控制．最后,针对一类直线倒立摆进行仿真和实验研究．实验结果表明,倒立摆系统的自抗扰摆角控制能够克服三类影响因素对系统性能的影响,并保持良好的控制效果．     

平面倒立摆建模与最优控制算法的研究

倒立摆系统是一个多变量、非线性、高阶次、强耦合、欠驱动的自然不稳定系统,是自动控制理论教学和研究中典型的物理模型。本文以平面倒立摆系统为研究对象,使用拉格朗日方程建立了多级平面倒立摆的数学模型。采用线性二次最优控制算法,分别设计了LQR及LQR-模糊控制器,实现平面多级倒立摆的平衡控制,结论证明了本文设计的LQR控制器有很好的稳定性、鲁棒性和适应性。     

三级倒立摆的自动摆起与稳定控制

采用非线性逆系统轨迹控制实现三级倒立摆的自动摆起,并设计了变增益LQR控制器将其稳定在竖直倒立位置.首先,三级倒立摆从静止下垂状态摆起到竖直倒立位置的过程,从数学角度看是一个两点边值问题,通过求解该两点边值问题获得摆起的标称轨迹,利用逆系统方法设计前馈控制,同时结合增益调度反馈控制使摆起过程稳定;其次,在稳定控制阶段,...     

Attitude control of a triple inverted pendulum

The paper is concerned with the attitude control of a triple inverted pendulum. The lowest hinge is free for rotation and the torques of the upper two hinges are manipulated not only to stabilize the pendulum but also to control its attitude. The control system is designed by using CAD developed by the author and is realized by a minicomputer. The designed controller is a robust servo controller for a linearized model in the neighbourhood of the upright position of triple inverted pendulum. Experimental results show that the designed controller works satisfactorily.     

云模型在倒立摆控制中的应用

文中提出了一种利用云模型有效地实现单电机控制的三级倒立摆动态平衡的方法。通过研究倒立摆系统的定性控制机理,给出了定性和定量之间转换的云模型的形式化表示,用来反映语言值中蕴涵的模型性和随机性。     

倒立摆系统的T-S模糊控制研究

针对倒立摆的非线性采用T-S模糊控制的方法对倒立摆进行控制,建立了倒立摆的数学模型,并用Matlab进行了仿真,仿真结果表明该控制方法对倒立摆具有好的控制效果。     

环形一级倒立摆摆起及稳定控制研究

本文通过拉格朗日方程推导出环形一级倒立摆系统的数学模型,用能量方法对该模型进行摆起控制;在倒立摆成功摆起后,在倒立平衡点对系统模型进行线性化,并用线性二次型最优控制(LQR)算法对倒立摆线性化模型进行稳定控制。仿真结果表明本文给出的控制方法是有效的。     

Big Bang-Big Crunch optimized hierarchical sliding-mode control of X-Z inverted pendulum

The control of the X-Z inverted pendulum is a challenging work since the X-Z inverted pendulum is an underactuated, open-loop unstable and multi-input-multi-output (MIMO) nonlinear system. In this paper, we will present a novel state transformation method for the X-Z inverted pendulum and Big Bang–Big Crunch (BBBC) optimized hierarchical sliding-mode control (HSMC) structure. We will firstly show that through the proposed transformation, the model of the X-Z inverted pendulum can be transformed to a typical underactuated form. Thus, based on the obtained system model, the hierarchical sliding-mode control (HSMC) can be directly applied in the trajectory tracking control of the X-Z inverted pendulum. Then, to ensure a convergent performance of the auxiliary sliding surfaces, the BBBC method is applied to obtain the optimal coupling factors for the HSMC. The control performance of the proposed BBBC based HSMC structure is compared with that of the present SMC and the HSMC with particle swarm optimization (PSO). Simulation results show the effectiveness of the proposed controllers for the X-Z inverted pendulum.     

单级倒立摆建模及其控制方法设计

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。单级倒立摆数学模型的建立对研究其稳定性具有指导作用。用拉格朗日功能平衡法建立了倒立摆的刚体动力学方程,采用了LQR法对其进行了控制设计,并且进行了MATLAB仿真,结果表明此方法均可以成功控制倒立摆,使其稳定并具有良好的鲁棒性。