基于H∞控制的倒摆平衡系统鲁棒性研究

根据H∞鲁棒控制的特点,针对参数摄动及干扰的问题,对倒立摆平衡系统进行控制。仿真研究表明：用H∞控制理论设计的控制器对其进行控制,在模型参数摄动及干扰信号作用的情况下,具有很强的鲁棒稳定性和抗干扰能力。     

一类非线性不确定时滞系统的记忆与无记忆复合H∞状态反馈控制

针对一类具有状态非线性不确定性的线性时滞系统，基于Lyapunov稳定性理论，利用线性矩阵不等式（LMI）方法，讨论了该类时滞系统的记忆与无记忆复合H∞状态反馈控制器的设计问题。在非线性不确定性满足增益有界条件下，得到了该类时滞系统的满足鲁棒H∞性能的一个充分条件。通过求解一个线性矩阵不等式-LMI，即可获得鲁棒H∞控制器。     

不确定系统的鲁棒容错H∞控制

针对不确定线性连续系统,研究了执行器失效情况下的鲁棒容错H∞控制问题.利用LMI,给出了不确定线性系统对任意执行器故障均保持渐近稳定且满足给定干扰衰减指标的鲁棒容错H∞控制器存在的充要条件,讨论了参数不确定线性系统的鲁棒容错H∞控制器的设计问题.根据凸优化理论,进一步给出了鲁棒容错最优H∞控制器的线性凸优化设计算法和设计步骤.采用所设计的状态反馈控制器,当任意执行器出现故障时,闭环系统仍保持渐近稳定且满足给定的干扰衰减性能指标.数值仿真例子验证了该设计方法的可行性和有效性.     

时滞依赖型区间时滞系统非脆弱H_∞控制

针对一类状态和控制输入矩阵均为区间矩阵的不确定时滞系统,其中状态和控制输入同时具有未知但有上界的时间滞后,基于Lyapunov稳定性理论,利用线性矩阵不等式(LMI)方法,讨论了该类时滞系统的时滞依赖型非脆弱H∞状态反馈控制器设计问题.在区间不确定性和控制器执行机构扰动均满足增益有界条件下,得到了该类时滞系统的满足H∞性能的一个充分条件.通过求解一个线性矩阵不等式(LMIs)组,即可获得鲁棒H∞控制器.最后对某型飞机作机动飞行仿真,仿真结果表明该鲁棒控制器设计方法是有效的.     

LMI方法非脆弱鲁棒H∞控制器设计

研究了控制器增益在加法式摄动下的非脆弱鲁棒H∞控制问题,基于线性矩阵不等式(LMI)理论,提出了非脆弱鲁棒H∞控制器存在的充分条件,将具有控制器增益不确定性的非脆弱鲁棒控制器设计问题,化为具有线性矩阵不等式约束和线性目标函数的凸优化问题求解,得到了一种非脆弱鲁棒H∞状态反馈控制器的简化设计方法.所设计的控制器在容许的增益摄动下,仍能保证闭环系统的稳定性和性能要求,系统不仅具有鲁棒性而且是非脆弱的,从而使系统具有更高的可靠性.仿真结果表明了设计方法的有效性.     

倒立摆系统的鲁棒H_∞加权混合控制

为了建立控制理论教学及开展各种控制实验的理想实验平台,研究了存在结构参数不确定性和具有干扰信号的倒立摆系统。首先将该系统分解为摆杆控制系统和小车控制系统。摆杆控制系统采用T S模糊模型来描述,利用系统的不确定性把系统表示成不确定系统的形式,采用鲁棒H_∞控制策略及LMI优化算法解算出反馈值,并设计出全局渐进稳定的模糊模型;小车控制系统则采用对位置误差和小车速度进行模糊化计算的方法,再利用模糊控制器进行处理计算,并最终得出控制量。最后再对两个系统进行加权混合控制。对倒立摆系统进行外加干扰信号、给定平移指令以及参数摄动等实验时,系统均可以在0.4 s的时间内取得良好的控制效果。实验结果表明:提出的加权控制方法具有较强的鲁棒稳定性和良好的抗干扰性能,验证了该方法的有效性。     

单级倒立摆LQR控制仿真

倒立摆是不稳定，非线性，强耦合系统，本文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。     

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.     

分段线性连续混沌系统的H∞同步方法

基于状态观测器方法，研究分段线性连续混沌系统的鲁棒H∞同步问题。在同时考虑系统噪声和信道噪声的情况下，构造H∞意义下的状态观测器，使噪声对混沌同步的影响最小。状态观测器的设计可通过求解特定的线性矩阵不等式(LMI)获得。对蔡氏电路的仿真表明，用该方法设计的混沌同步系统具有较强的抗干扰能力。     

一类时滞不确定非线性系统的自适应鲁棒H∞控制

本文针对一类同时具有未知上界时滞不确定性和外部扰动的非线性系统，在非线性H∞控制的理论框架内讨论了系统的自适应鲁棒H∞控制问题，通过自适应律估计时滞不确定性的上界，并且基于Lyapunov-Krasovskii函数和Hamilton-Jacobi不等式获得使鲁棒控制问题可解的自适应鲁棒控制器。     

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。     

单级倒立摆的两种控制方法的仿真研究

针对多变量、非线性、强耦合性的倒立摆系统，运用牛顿动力学方法建立其动力学方程，并进行线性化处理．得到状态空间模型。然后对该模型分别进行LQR控制和模糊控制，并在MATLAB环境下进行仿真，其对比结果对该方向的研究具有理论指导意义。     

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。     

LQR在单级倒立摆系统中的应用

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。针对多变量、非线性、强耦合性的倒立摆系统,运用牛顿动力学方法建立其动力学方程,并进行线性化处理,得到状态空间模型。然后对该模型分别进行LQR控制,在MATLAB环境下进行仿真。实验结果表明,二次型最优控制具有良好的响应性能和算法简单等特点,在实际应用中具有重要意义。     

Design and implementation of robust visual servoing control of an inverted pendulum with an FPGA-based image co-processor

This paper presents the design and implementation of robust real-time visual servoing control with an FPGA-based image co-processor for a rotary inverted pendulum. The position of the pendulum is measured with a machine vision system. The pendulum used in the proposed system is much shorter than those used in published vision-based pendulum control system studies, which makes the system more difficult to control. The image processing algorithms of the machine vision system are pipelined and implemented on a field programmable gate array (FPGA) device to meet real-time constraints. To enhance robustness to model uncertainty and to attenuate disturbance and sensor noise, the design of the stabilizing controller is formulated as a problem of the mixed H₂/H_∞ control, which is then solved using the linear matrix inequality (LMI) approach. The designed control law is implemented on a digital signal processor (DSP). The effectiveness of the controller and the FPGA-based image co-processor is verified through simulation and experimental studies. The experimental results show that the designed system can robustly control an inverted pendulum in real-time.     

Matlab在现代控制理论教学中的应用

根据现代控制理论的特点,利用Matlab设计了现代控制理论课程的实验,并利用Matlab对现代控制理论进行分析。采用极点配置方法设计状态反馈控制器和线性二次最优控制设计状态反馈控制器,对倒立摆系统的数学模型进行仿真研究,并得到系统的闭环极点配置在P1,P2位置时系统状态响应曲线。设计了求解现代控制理论的能控性、能观性及极点配置等基本问题的人机界面。     

基于状态反馈控制的倒立摆系统分析和设计

针对多输入多输出的倒立摆系统平衡控制,利用牛顿一欧拉方法建立了直线型一级倒立摆系统的数学模型.在分析的基础上,采用状态反馈控制中极点配置法设计了用于直线型一级倒立摆系统的控制器.通过采用MATLAB仿真及其对实际系统的调试验证,表明了该控制器的设计是合理的.     

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.     

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。     

模糊控制在二级倒立摆系统中的应用

针对倒立摆系统的非线性、不稳定的控制问题,推导了二级倒立摆系统的数学模型和状态空间表达式,对倒立摆系统在平衡点附近进行了可控性分析,提出了一种基于模糊控制器进行控制的方法,建立了相应的控制规则。实验结果表明,该系统具有鲁棒性、稳定性好的特点。