一种欠驱动两级柔性自平衡机器人的建模及其最优控制

文章以一种欠驱动两级柔性自平衡机器人这一被控对象的控制问题作为出发点,详细阐述了其数学建模方法,讨论了其最优控制策略,并针对设计过程中出现的LQ加权矩阵Q的选取难题给出了一种解析解和证明,同时运用这一结论计算出了实际问题的加权矩阵Q,从而求得最优的状态反馈矩阵K;仿真结果表明,这样一种加权矩阵Q的求解方法是有效的,并能够在较为复杂的实际问题中获得应用。     

伴有初始负载摆角的桥式起重机能量防摆控制

桥式起重机是一种广泛应用的大型搬运设备,在实际工作过程中,台车运动时会产生伴有初始负载摆角的负载摆动,影响工作效率并带来安全隐患.针对这种情况,设定期望的台车误差轨迹和摆角误差轨迹,将桥式起重机动力学模型转换为误差跟踪动力学模型,提出一种基于能量分析方法的桥式起重机防摆控制策略.通过LaSalle不变性原理和Lyapunov方法对闭环系统的稳定性进行理论分析.仿真与实验结果表明,所提防摆控制方法的控制性能几乎不受初始负载摆角的影响,可以保证桥式起重机在无初始负载摆角和带有初始负载摆角的情况下都能取得良好的控制效果,能够驱动台车准确到达目标位置,有效抑制并快速消除负载摆角,同时对外部扰动具有很强的鲁棒性.     

基于能量耦合的欠驱动三维BC防摆控制

针对桥式起重机运行过程中,台车加速度变化引起的负载摆动问题,提出了一种用于欠驱动三维桥式起重机系统的能量耦合非线性控制方法.方法基于定绳长三维桥式起重机系统,引入负载空间位移误差信号,增强小车运动与负载摆动之间的耦合关系,构造新型的能量函数,设计了一种能量耦合的控制律;并且利用李雅普诺夫方法和拉萨尔不变性定理证明闭环系统的稳定性,能够实现台车定位与负载消摆功能.通过仿真结果分析,上述方法能够有效抑制负载摆动,实现台车定位,与传统PID控制和系统能量控制相比,具有更好的防摆控制效果.     

基于PSO的二级倒立摆LQR最优控制器设计

根据微粒群算法的随机性、快速性、易于实现性等优点,针对LQR在二级倒立摆最优控制设计过程中对加权矩阵Q、R选择的盲目性,研究了基于PSO的LQR最优控制器的设计方法,该方法利用PSO算法的启发式全局优化特点对Q、R阵进行寻优,然后得到状态反馈控制律K。并设计了基于该方法的二级倒立摆的最优控制器,通过和基于遗传算法的LQR最优控制器比较,仿真结果表明：该方法所设计的最优控制器能使系统的响应时间更快,超调量更小,对二级倒立摆的控制效果更理想。     

LQ最优控制之逆问题的研究

本文通过适当地选取LQ性能指标函数中的加权矩阵R,给出了该二次型性能指标函数中的另一个加权矩阵Q与系统的开环特征多项式、闭环特征多项式的系数以及系数的系数矩阵A、B之间的对应关系。如果给定一个系统以及该系统的一组最优闭环极点,就可以求得矩阵Q。同时,用本文的研究结果,还可以直接确定系统的最优状态反馈系数矩阵。     

基于LQR的直线一阶单倒立摆最优控制器的设计

对已有的LQR最优控制中系统的动态响应与加权矩阵Q和R之间遵循的基本规律进行分析,并根据这一基本规律对给定的直线一阶单倒立摆采用线性二次型最优控制的方法设计控制器。仿真结果表明,基于LQR的最优控制系统对直线一阶单倒立摆具有很好的控制效果。     

基于留优遗传算法的倒立摆最优LQR控制

被控系统稳定性与LQR控制器权重矩阵Q和R的选择有关。针对选择适当的Q和R使系统在约束条件下达到稳定性最优的问题,提出了一种通过留优遗传算法实现二级倒立摆系统LQR控制器参数寻优的新方法。以被控系统的动能积分为性能指标来实现寻优,以能量为寻优性能指标,可使二级倒立摆系统各部分的稳定性以统一的量纲表示。可依据倒立摆系统的耦合性,从总体的角度考虑系统的稳定性。仿真的结果表明了该方法的有效性。     

基于留优遗传算法的倒立摆最优LQR控制

被控系统稳定性与LQR控制器权重矩阵Q和R的选择有关.针对选择适当的Q和R使系统在约束条件下达到稳定性最优的问题,提出了一种通过留优遗传算法实现二级倒立摆系统LQR控制器参数寻优的新方法.以被控系统的动能积分为性能指标来实现寻优,以能量为寻优性能指标,可使二级倒立摆系统各部分的稳定性以统一的量纲表示.可依据倒立摆系统的耦合性,从总体的角度考虑系统的稳定性.仿真的结果表明了该方法的有效性.     

塔吊防摆LQR最优控制器研究

针对塔吊工作系统中出现的摆动现象,设计一种高效而快速的防摆控制器来对摆动进行抑制。系统利用拉格朗日方程建立三维力学数学模型,设计LQR控制器对摆动进行控制,采用Matlab进行仿真,通过改变加权矩阵Q得到LQR最优控制器;分别改变荷载重量和摆线长度,与PID控制进行比较,结果表明LQR最优控制对摆角的抑制更加明显,稳定时间也明显减少,是一种更加优化的控制方法。     

起重机吊重系统降维观测器设计与仿真

研究起重机吊重系统稳定性控制问题,由于吊重过程产生摆动,起重机吊重系统防摇控制技术中的摆角和摆角速度信息难以准确测量,影响吊重的安全性。为此提出设计了起重机吊重系统降维状态观测器,给出了状态观测器的结构和增益矩阵,实现对摆角和摆角速度的状态信息重构。观测器能够分别在3.5s和1s内估计出系统的摆角和角速度,而且有较强的鲁棒性,实现防摇控制。由于观测器增益参数对观测器极点变化具有不同程度的敏感性,极点越大,收敛速度越快,观测时间越短。但是极点过大也会导致误差出现急剧峰值,不利于防摇实现。仿真结果表明,合理选择极点和设计降维观测器结构能够很好实现状态信息的软测量控制问题。