直线二级倒立摆系统的H_∞鲁棒最优控制

针对存在模型参数不确定性和外部扰动的直线型二级倒立摆系统的稳摆控制问题,对如何实现倒立摆系统鲁棒稳定的同时,还保证其达到期望的最优控制性能和H_∞性能指标的稳定性控制问题进行了研究。基于状态反馈、最优控制和H_∞鲁棒控制方法设计了一个H∞鲁棒最优控制器,用来实现对该倒立摆系统的稳摆控制。利用设计的控制器,基于倒立摆实验平台和Matlab数值仿真平台,使用该控制器来实现系统的控制并对稳定倒立摆的过程进行了验证。研究结果表明,该控制器能较好的实现对直线型二级倒立摆的稳摆控制,并对受控系统的模型参数摄动有较好的鲁棒性,同时还能利用最优的控制作用达到期望的H_∞性能指标。     

带有不确定性因素的三级倒立摆H_∞鲁棒控制器设计

将三级倒立摆非线性数学模型近似线性化得到被控模型,从被控模型的参数估算和执行机构参数不确定性出发建立标称模型,通过分析不确定性对标称模型的扰动影响,该文设计了一种H_∞鲁棒控制器,仿真实例证明:该控制器具有优良的动态性能和鲁棒性能,可以提高三级倒立摆控制系统的稳定性。     

直线倒立摆的快速起摆与稳摆控制研究

针对直线倒立摆系统,提出了一种优化的快速摆起控制方法和基于ANFIS-PI的稳定控制算法。建立了直线倒立摆系统的数学模型,根据Lyapunov能量反馈思想对基于能量的起摆控制策略进行优化,实现了倒立摆系统的快速起摆实时控制,并从实验角度设计切换控制策略过渡到系统的平衡控制。采用小车跟踪方波信号获取样本数据,引入PI控制器,完成了基于ANFIS-PI稳摆控制器的设计。仿真和实验结果表明,优化后的起摆控制算法显著提高摆杆摆起速度,系统具有较强的鲁棒性,自适应性和动态性能。     

自适应神经模糊推理系统在倒立摆控制中的应用

针对单级倒立摆系统具有多变量、非线性、绝对不稳定的特点,应用Matlab/Simulink设计了用于倒立摆系统的、基于自适应神经模糊推理系统的ANFIS控制器,采用反向传播算法和最小二乘算法的混合算法对倒立摆控制样本数据进行学习,调整各变量的隶属度函数,自动产生模糊规则.仿真结果表明,ANFIS控制器对倒立摆系统的摆杆角度和小车位置的控制过程具有良好的动态性能和稳态性能.     

四轮转向半挂汽车列车鲁棒最优保性能控制

引入Gim轮胎模型建立四轮转向半挂汽车列车的四自由度非线性动力学模型。考虑轮胎侧偏刚度的不确定性,提出四轮转向半挂汽车列车直接横摆力矩的鲁棒最优保性能控制方案,基于模型追踪控制技术推导了直接横摆力矩的鲁棒最优保性能控制器。借助Matlab/Simulink软件,以建立的非线性动力学模型为平台,对该控制器的有效性进行了验证。仿真结果表明,高速大转向时,与传统二次最优控制相比,四轮转向鲁棒最优保性能控制方案可获得更好的控制效果,可显著提高半挂汽车列车的操纵稳定性。     

一级倒立摆系统设计与LQR最优控制仿真

应用Lagrange力学,对一级倒立摆系统进行数学建模,得出了状态空间方程;设计了一级可控倒立摆系统,并对系统进行了性能分析;设计了直线一级倒立摆的LQR控制器,通过仿真和实验证明,LQR实时控制效果好,保证了系统具有良好的稳定性和鲁棒性。     

基于μ方法的电动车传动系统扭振鲁棒控制

针对电动车传动系统的扭转振动问题,基于混合μ综合鲁棒控制理论对传动系统控制进行研究。建立考虑永磁同步电机高阶未建模不确定性和参数摄动的某集中驱动式纯电动车传动系统不确定性模型;采用μ方法设计传动系统鲁棒控制器;在Matlab/Simulink软件环境中进行仿真计算,以验证所设计控制器的有效性。结果表明,该控制策略能够使系统获得较强的鲁棒性能与鲁棒稳定性,有效降低系统失稳的可能性。     

一级倒立摆的μ分析和μ综合研究

针对设计一级倒立摆系统的H_∞鲁棒控制器时出现的保守性问题,提出了一种以结构奇异值μ理论为依据的μ分析和μ综合方法。首先进行了倒立摆系统的标准H_∞控制器设计,同时运用μ分析的方法证明了系统H_∞控制器存在保守性这一事实,指出了问题的解决方向;其次,针对出现的问题,运用D-K迭代算法设计了修正后的H_∞控制器并加入原系统,修正了原控制器存在的问题;最后从仿真实验结果和与不同干扰抑制度的H_∞控制结果的比较等方面,验证了新方法对降低保守性的实际效果。研究结果表明:新方法降低了原控制器的保守性,同时改善了输出质量,方法有效。     

基于LQR控制器的直线倒立摆研究及设计

针对直线倒立摆系统不稳定的问题,在前期研究的基础上,建立了直线一级倒立摆数学模型,并对自行研制的直线一级倒立摆进行参数分析,推导出了状态空间方程,给出了Pro/E模型图。接着,为确保系统能更加稳定地控制,研究设计了相应的LQR控制器,绘制了控制系统结构框图,最后进行了LQR控制参数仿真。仿真结果证明了研究设计的有效性和可行性。     

摩擦力不确定的机器人液压驱动器的精确控制

基于H∞鲁棒控制器来改善机器人液压系统位置控制性能。首先经液压动力学和机械动力学分析,建立液压驱动系统的数学模型,摩擦力采用Dahl模型。然后按系统参数标称值设计基于混合灵敏度的H∞鲁棒控制器,对权值函数进行优化选择。最后经仿真和实验验证得出如下结论：该控制方法可以有效抑制摩擦力参数误差对位置跟踪控制的影响,尤其在速度换向时摩擦力模型的不确定性产生的影响,显著减小了位置跟踪误差,且该控制器稳态和过渡性能都优于传统PID控制器。     

MATLAB的虚拟倒立摆仿真

利用MATLAB提供的V-Realm Builder建立倒立摆三维虚拟场景，用MATLAB的虚拟现实工具箱将倒立摆三维虚拟场景和Simulink中倒立摆仿真模型连接起来，实现了虚拟倒立摆的仿真。     

利用ADAMS与MATLAB对平面三级倒立摆的仿真

利用ADAMS建立了平面三级倒立摆的虚拟样机模型,并采用ADAMS与MATLAB联合控制的方式,首次完成了平面三级倒立摆的虚拟样机控制仿真。仿真结果表明,尽管X向和Y向系统采用了相同的控制器且初始参数设置完全一样,但仿真结果二者存在一定的区别,这证明了X向和Y向系统存在耦合现象。此外,利用ADAMS与MATLAB联合进行系统的控制仿真,能即时反映控制算法的效果,具有很大的推广价值。     

A new virtual-real gravity compensated inverted pendulum model and ADAMS simulation for biped robot with heterogeneous legs

Our research team combined humanoid robots with intelligent lower limb prostheses to study the dynamic characteristics of intelligent lower extremity prostheses for disabled people in the walking process, and proposed a biped robot with heterogeneous legs (BRHL). This paper proposes a new virtual-real inverted pendulum system model to unify the models for both single support phase and double support phase in walking process and builds a special simulation platform which can acquire the real-time center of mass (COM) trajectory. Initially, a gravity-compensated inverted pendulum model was built and improved the stability of gait, a natural ZMP trajectory improved the anthropomorphism of the gait. Furthermore, in double support phase, a virtual inverted pendulum model was established and a virtual-real inverted pendulum model was proposed and used to plan the gait of both single support phase and double support phase in the walking process. Additionally, the joint angles were obtained by inverse kinematics; the stability of the system was analyzed to be feasible and effective by phase trajectories. A special ADAMS simulation platform was built to simulate the walking process and acquire real-time COM trajectory. The feasibility of the gait planning was also verified. Finally, the trajectory of COM was optimized based on the minimum energy criterion according to the geodesic equation.

     

基于微分平坦的旋转倒立摆双闭环抗扰 PID 控制

针对一类不稳定、欠驱动二自由度旋转倒立摆系统, 提出一种基于微分平坦的双闭环抗扰 PID 控制方法。 首先, 建立倒 立摆的非线性动力学模型, 利用近似线性化分析系统的不稳定零动态与非最小相位特性; 然后, 结合微分平坦理论, 设计倒立摆 平坦输出,重构系统平坦状态, 并建立平坦状态与角度输出之间的转化关系,克服倒立摆的非最小相位影响; 进一步, 针对微分 平坦系统, 设计抗扰 PID 双闭环控制结构和带宽化调节方法, 在主动抗扰机制下实现对摆杆角度与悬臂角度的精准控制; 最后, 通过仿真与实验, 验证所提方法的有效性和实用性。 所提方法为欠驱动系统提供了一种结构简单、抗扰能力强的控制方案。     

线性二次最优算法的倒立摆系统仿真与实时控制

文章对倒立摆进行了详细的力学分析,建立了该种倒立摆的数学模型,并为系统设计了线性二次指标最优控制器。然后,通过计算机数值仿真实验,为倒立摆控制系统选取合适的性能指标和状态反馈矩阵,仿真实验结果说明,应用该状态反馈控制,能够取得了良好的控制效果。最后,文章建立了基于matlabRTW实时工具箱的倒立摆实时控制平台。通过倒立摆的实时控制实验,验证了理论分析和数值仿真的正确性。     

轮式倒立摆的数学建模及状态反馈控制

轮式倒立摆是检验各种控制理论的理想模型,首先采取牛顿力学分析的方法,依次得出轮式倒立摆中直流电机、车体和摆杆动力学方程,从而基于小角度线性化方法得出轮式倒立摆的近似线性模型;然后基于Matlab进行轮式倒立摆的状态反馈控制,设计出其控制律,验证其可行性,但是轮式倒立摆的数学模型通常是经线性化处理后得出,为了提高仿真准确性,再基于虚拟样机技术,对轮式倒立摆进行Madab与ADAMS的联合仿真,仿真结果显示系统响应曲线在规定时间内迅速收敛至O附近．此结果不仅验证了联合仿真中状态反馈控制的正确性,而且表明联合仿真是控制理论研究中值得推广的方法。     

基于LMI优化的鲁棒控制器设计

以存在固有模型误差的单级倒立摆为被控对象,建立倒立摆的鲁棒数学模型。在不确定性因子存在的前提下,基于线性矩阵不等式方法计算得到H_∞状态反馈控制器参数K,而且给出H_∞状态反馈控制器的存在条件。通过实例仿真验证,与LQR控制相比,H_∞状态反馈控制具有更好的动态特性和抗干扰特性。     

倒立摆系统虚拟样机仿真

建立了倒立摆系统的虚拟样机模型,利用模糊控制算法对虚拟样机进行仿真,分析了倒立摆的机械参数和初始摆角对其动态特性的影响。     

高仿真直线一级倒立摆模型设计

给出了直线一级倒立摆的带有阻力效应的非线性数学模型,推导了直线一级倒立摆摆杆在摆动过程中所受到的介质阻力和摩擦力的计算公式,并利用MATLAB的S函数建立了直线一级倒立摆的高仿真模型。通过设置仿真模型的相关参数,可使仿真倒立摆与真实倒立摆的工作状态非常接近。