云模型控制器在两轮自平衡机器人中的应用

两轮自平衡机器人控制系统具有高阶次、多变量、非线性且强耦合的特性,因此难以建立精准的数学模型。针对两轮自平衡机器人系统的复杂性,对其平衡控制系统进行了研究,提出了一维云模型控制器的设计方法。运用该方法,成功地实现了两轮自平衡机器人的平衡控制,并比较了一维云模型控制器在三规则和五规则下对系统性能的影响。试验结果表明:一维云模型控制器在两轮自平衡机器人平衡控制系统中具有良好的控制性能和强抗干扰性,五规则控制器具有更加优越的控制效果。云模型控制器成功应用在两轮自平衡机器人平衡系统中,并在试验样机平台体现了良好的平衡性能,为今后云模型控制器的设计提供参考,也推进了云模型控制器在硬件平台实现的进程。     

基于自抗扰控制的两轮自平衡车控制系统仿真研究

为解决两轮自平衡车因不同用户身高体重的差异造成系统模型不准确而带来控制器对系统控制稳定性能差的问题,将自抗扰控制技术运用到两轮自平衡车运动平衡控制中。首先采用拉格朗日方法建立两轮自平衡车动力学模型,然后针对系统的特性推导出实现两轮平衡车自平衡控制的自抗扰控制器控制律。最后,搭建两轮自平衡车控制系统的Simulink仿真平台,分别采用线性自抗扰控制和经典自抗扰控制方法进行了试验比较。试验结果表明:与经典自抗扰控制器相比,新的自抗扰控制器能够较好地适应身高体重变化的环境,较好地自主达到稳定运行状态。     

两轮自平衡机器人的自适应模糊平衡控制

在两轮自平衡机器人系统的平衡控制中,为解决因所建立的数学模型不准确和存在未知干扰而影响控制性能的问题,设计了一种自适应模糊控制方法.首先,运用牛顿力学法建立了系统在斜坡上运动的数学模型.针对所建动态模型的非线性,提出采用单点模糊化、乘积推理机和中心平均解模糊化的方法构建了自适应模糊逻辑控制器,然后通过李雅普诺夫稳定性分析的方法,导出控制器的自适应律.在MA TLAB/Simulink中,对自适应模糊控制的两轮自平衡机器人的平衡情况进行了仿真,结果表明,提出的自适应模糊控制器可以实现系统平衡,并具有自适应能力和鲁棒性,为两轮机器人优化控制提供了依据.     

自平衡两轮机器人的参数自整定模糊控制

为解决具有强耦合、非线性和不确定性等特点的自平衡两轮机器人的平衡控制问题,提出一种参数自整定模糊控制器.该控制器通过比较系统响应与给定的差别来对控制参数进行自整定,降低了控制器设计过程中对设计者经验的要求.该控制器采用零阶Takagi Sugeno模型,易于在嵌入式系统中实现.搭建了自平衡两轮机器人硬件本体,建立了相应的数学模型,并给出仿真与实验结果,验证了该控制器的有效性.     

自适应模糊控制的自平衡机器人设计

在两轮自平衡机器人系统的平衡控制中,为解决因所建立的数学模型不准确和存在未知干扰而影响控制性能的问题,设计了一种自适应模糊控制方法;首先,运用牛顿力学法建立了系统在斜坡上运动的数学模型;基于所建立的非线性动态模型,采用单点模糊化、乘积推理机和中心平均解模糊化的方法构建了自适应模糊逻辑控制器,然后通过李雅普诺夫稳定性分析的方法,导出控制器的自适应律;对自适应模糊控制的两轮自平衡机器人的平衡情况进行了仿真,结果表明,提出的自适应模糊控制器可以实现系统平衡,并具有自适应能力和鲁棒性。     

基于卡尔曼滤波的两轮自平衡车姿态检测

建立了两轮自平衡车的动力学模型;设计了一种采用卡尔曼滤波的两轮自平衡车姿态检测控制算法的控制器;搭建了SIMULINK仿真模型,仿真分析了控制器中各参数对系统的影响;并将仿真程序移植到16位Freescale单片机中对两轮自平衡车进行控制;通过实测数据验证了所设计控制算法的合理性和设计电路的正确性。     

自平衡式两轮电动车耦合控制研究

由于自平衡式两轮电动车有两个驱动车轮,每个车轮独立驱动且共用一个车体,每一个车轮的驱动转矩与速度都会影响小车的运动性能;因此,自平衡式两轮电动车系统运行存在耦合控制问题.为了解决由于此耦合而带来的控制问题,基于车体的机械结构与驱动形式进行建模与模型验证,首先证明了系统耦合特性的存在,然后根据模型特征给出一种解决耦合问题方法.其方法是将自平衡车两个独立而又存在耦合的驱动车轮看作两个具有力矩传输关系的等价系统,为合理的避开控制时带来的耦合问题,可将两个等价系统做合并处理,使其等效为一个不具耦合特征的独立系统,这种转差补偿控制方案成功解决了结构耦合带来的各种问题.仿真实验结果证明了所建立模型与控制方案的有效性.     

一种基于模糊控制理论的独轮机器人控制算法

以一种由一个车轮驱动并控制前向平衡、由电机驱动惯性轮形成反力矩控制侧向平衡的独轮机器人系统为被控对象,建立系统动力学模型,并将其在平衡点线性化,得到系统在前向和侧向两个正交方向解耦的近似线性模型.然后针对每一个控制方向上的子系统,分别设计基于融合函数的模糊控制器.该方法可以减少模糊规则,防止规则爆炸.仿真实验表明,所设计的模糊控制器可有效地实现独轮机器人的运动平衡控制.     

两轮机器人在坡面上的运动平衡控制

两轮机器人在坡面上运动时,由于受到重力作用的影响,其姿态平衡控制变得更加复杂。为实现机器人在坡面上的平衡控制,首先建立了两轮机器人在坡面上的动力学模型,然后针对两轮机器人设计一种非线性PD控制器。与传统的线性PD控制器进行仿真实验对比,实验结果说明:在响应速度、稳定性、鲁棒性方面,非线性PD控制有着更好的效果。最后,在姿态平衡控制中加入速度控制,构成双环的PD控制,实现了两轮机器人在坡面上的静态平衡。     

基于模糊PD控制方法的两轮直立自平衡电动车研究北大核心CSCD

通过机构设计、硬件开发、软件策略等方面,搭建两轮直立电动车控制系统,满足了直立车的控制要求。设计以陀螺仪和加速计为传感器的姿态获取模块,利用卡尔曼滤波算法提高控制精度。基于系统结构模型,采用牛顿力学的分析方法构建两轮自平衡直立车动力学方程。设计了模糊PD控制器,以直立车的位移和速度为输入变量进行模糊控制器控制,倾斜角度和角速度由PD控制器控制。最后,建立了直立车实时控制系统平台,用于两轮自平衡直立车的参数调试及实时控制。实验结果表明,该系统具有较好的稳定性,实时响应性高,具有较高的市场推广价值。     

智能厂房温湿度控制系统

首先分析了厂房温湿度控制与一般建筑物空调系统的区别,指出现在流行的空调控制方法不适合厂房温湿度控制;接着提出一种智能温度控制方法,它不需要确定系统的数学模型,用专控制的方法,在不同控制阶段分别采用开关控制,模糊控制和智能ＰＩＤ控制;最后介绍了实行结果。     

A three-loop model-following control structure: theory and implementation

This article presents a novel three-loop control system, which supplements control structures known from the literature as model following control (MFC). The major advantage of the proposed system is its high robustness to process parameter variations; it is much higher than that offered by single-loop or two-loop control systems. Features of the new structure are revealed by a theoretical analysis that has been carried out from the viewpoint of requirements for a force/pose controller of a Stäubli RX60 manipulator. This article shows how the proposed control structure responds to such strong process parameter variations and makes a comparison to results yielded by single-loop control structures.     

模型跟踪广义预测鲁棒自适应控制器

本文采用滤波CARMA模型,基于内模原理,提出了一种新的广义预测鲁棒自适应控制器,并分析了闭环系统性能,在新的控制器中,引入适当的前馈作用,使得跟踪和调节问题解耦,利用部分状态跟踪、模型参考以及极点配置方法解决跟踪问题,利用多步预测滚动优化方法解决调节问题;适当选择滤波器可以保证对平稳随机扰动有满意的响应,减少可调参数对闭环系统响应的影响,增强系统对未建模动态的鲁棒性,仿真结果表明:该控制器对确定性和非平稳随机扰动具有不变性,对系统时延和阶次变化具有鲁棒性,适用于非最小相位和开环不稳定系统。     

自动化技术专题讲座(Ⅳ)──智能控制技术与应用

主要介绍智能控制的原理、结构、类型和应用。     

Stabilization of robot motion and contact force interaction for third-order motor dynamics

An approach to the synthesis of control laws stabilizing motion and force in contact tasks, based on the exponential stability of the closed-loop control system, is described. When using the synthesized control laws, simultaneous stabilization of both motion and force is achieved with a preset quality of the transient responses. The task is solved in a most general form, taking into account the constraints on robot control, its position and the force of interaction of the robot and the environment, and the external perturbations and inaccuracies of the measuring sensors, when the environment dynamics is being described by nonlinear second-order differential equation, and the robot dynamics includes the third-order equations of the robot actuators dynamics.     

专家PID控制在印染过程温度控制中的应用

对于具有较大时滞,非线性和时变性特点的打样机对象(它是印染行业中的一种小型设备),常规PID控制方法往往难以达到良好的控制效果.本文将专家控制器与常规PID控制器相结合,提出了一种智能控制器结构.试验表明,与常规PID控制器相比,该控制器的控制精度有了明显的提高.     

Robust containment control in a leader–follower network of uncertain Euler–Lagrange systems

A distributed controller is developed that yields cooperative containment control of a network of autonomous dynamical systems. The networked agents are modeled with uncertain nonlinear Euler–Lagrange dynamics affected by an unknown time‐varying exogenous disturbance. The developed continuous controller is robust to input disturbances and uncertain dynamics such that asymptotic convergence of the follower agents' states to the dynamic convex hull formed by the leaders' time‐varying states is achieved. Simulation results are provided to demonstrate the effectiveness of the developed controller. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

解耦控制的现状及发展

通过对多变量系统解耦设计的必要性分析,介绍了传统解耦、自适应解耦、鲁棒解耦、智能解耦等各种解耦方法,并叙述了各种方法的研究现状和应用情况,同时分析了各种方法局限性。指出解耦控制领域的研究已成为控制理论和控制工程界共同关注的热点。自适应解耦与智能解耦,侧重于控制器的研究,它们更多采用试探、优化方法来设计控制器．理论研究还尚待完善。因此,寻求一种有效的、简单易行的控制方法,即寻求理论与实际结合点,是今后研究的方向。     

一种专家智能控制器的仿真研究

该文提出一种专家智能控制器（简称为ＥＩ控制器）．该控制器的参数可基于专家知识和过程参数的变化实时进行调整。仿真结果表明对于工业过程中的大纯滞后、非线性、变参数特性能获得较为满意的调节效果。     

六自由度并联机器人分散鲁棒非线性控制

针对六自由度并联机器人动力学特点,提出了一种新型分散鲁棒非线性控制方法.与传统PD控制策略和已有分散鲁棒非线性控制方法相比,由于控制律中增加了广义误差的小数幂项,改进后的方法除保持原方法的优点外,还具有较强的终端收敛能力,能够保证跟踪误差以更快的速度全局一致收敛到一个更小的剩余集.通过选择合适的控制器参数,可使剩余集趋于0.运用Lyapunov方法分析了系统稳定性,给出了系统稳定性条件.最后,仿真结果验证了该方法的有效性.