Using Adaptive Gain Scheduling LQR Method Control of Arm Driven Inverted Pendulum System Based on PIC18F4431

The arm driven inverted pendulum system is a highly nonlinear model,multivariable and absolutely unstable dynamic system so it is very difficult to obtain exact mathematical model and balance the inverted pendulum with variable position of the arm.To solve this problem,this paper presents a mathematical model for arm driven inverted pendulum in mid-position configuration and an adaptive gain scheduling linear quadratic regulator control method for the stabilizing the inverted pendulum.The proposed controllers for arm driven inverted pendulum are simulated using MATLAB-SIMULINK and implemented on an experiment system using PIC 18F4431 microcontroller.The result of experiment system shows the control performance to be very good in a wide range stabilization of the arm position.

基于DSP的旋转式倒立摆控制系统

介绍了基于DSP(digitalsignalprocessing ,数字信号处理 )控制器的旋转式倒立摆控制系统的总体结构和工作原理 ,对系统模型进行动力学分析 ,建立了一个四阶的状态空间方程 .根据状态反馈方法实现了倒立控制 ,在此基础上 ,设计了基于规则分析的摆起控制方案 ,最终实现了摆起 倒立控制 .实验表明 ,系统的稳定性好 ,抗干扰能力强 .使用DSP来控制倒立摆 ,有利于系统的小型化 ,控制更加快速 ,控制品质有很大提高 .

基于Matlab/Simulink的欠驱动机械臂仿真实验

根据动力学方程,利用Matlab/Simulink建立了欠驱动两杆机械臂Pendubot的仿真模型和控制器。控制器包括摆起控制器、平衡控制器和切换控制器。摆起控制器采用部分反馈线性化方法,平衡控制器采用线性二次型调节器(LQR)。首先进行Pendubot系统的摆起控制,然后当接近竖直向上的位置时,将控制器转换为平衡控制器。该仿真实验有利于培养学生的实际动手能力、独立思考能力和创新能力。

圆轨单级倒立摆摆起过程控制

研究圆轨单级倒立摆摆起控制问题 ,以离散控制律为设计变量 ,以终点约束条件为目标函数 ,提出了倒立摆摆起控制律的优化算法。对控制律进行编程计算 ,成功地实现了圆轨单级倒立摆的快速摆起。仿真计算结果表明了所提出方法的有效性和可行性。

倒立单摆摆起开环控制律的最优化算法

基于最优控制理论,研究了倒立单摆非线性系统过程控制问题·建立了带惩罚条件的摆起过程开环控制律计算的最优化算法·同一般数值方法相比,这种算法在每步优化计算中,以最优步长取代了固定步长,因此可以确定每个时间段上的精确控制量·编制了倒立单摆摆起过程控制律的计算程序,并进行倒立单摆摆起过程仿真分析·结果表明这种算法可以获得高精度的控制律,它将为非线性系统过程精确控制提供条件·

Pendubot的基于能量的非线性控制

本文将以二连杆欠驱动机器人 Pendubot的非线性控制为例 ,在基于能量的基础上提出两种控制器的设计方法将系统上摆至竖立位置 ,并利用一种改进的

基于混合遗传算法的力矩受限圆轨二级倒立摆摆起控制

为了实现力矩受限时圆轨二级倒立摆非线性系统的摆起控制,提出了一种新的开环优化控制策略.该策略通过在规定的时间内向系统施加一前馈控制序列,使上、下摆杆从自然悬垂位置摆到倒立点位置并使速度为零.为了获得最优摆起控制序列,采用混合遗传算法进行优化计算,通过编码操作解决控制力矩受限问题.仿真实验证明,该策略是有效和可行的,并为其他非线性多变量系统的控制提供了有效方法.

环形单级倒立摆起摆控制研究

针对倒立摆的起摆控制,建立了环形单级倒立摆基于拉格朗日方程的运动方程,在此基础上提出了能量控制的概念,并将能量补偿控制应用在环形单级倒立摆系统上.仿真和实际控制结果表明了所提出方法的有效性和可行性.

基于动觉图式的平面倒立摆摆起控制

为实现平面倒立摆非线性系统的摆起控制,提出了一种基于动觉图式的仿人智能控制策略·该策略通过系统在线特征辨识与特征记忆,开闭环相结合的多模态控制以及直觉逻辑推理机制,使倒立摆摆杆从稳定平衡点摆起到不稳定平衡点并稳定不倒·仿真实验的结果证明:这种定性推理与定量控制相结合的智能控制器可以对具有复杂非线性、强耦合、自然不稳定特性的平面倒立摆系统实现摆起控制,同时也为其他非线性多变量系统的控制提供了有效方法·

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。

旋转倒立双摆摆起控制量的动态设计变量优化

倒立摆的摆起过程是复杂的非线性力学与控制的综合问题,当力学模型和参数确定时,寻求有效方法计算控制律函数是实现摆起的关键。本文以倒立双摆模型为研究对象,将动态设计变量优化方法引入对摆起开环控制律的分析,编制计算机程序进行数值仿真,确定了控制律函数与状态量随时间变化的状态,为复杂强非线性系统的控制提出了一种有效方法。

单摆甩起时间优化轨迹的计算方法

对只有一个摆杆的单摆的甩起过程进行了研究。在能量分析的基础上,给出了一次摆动的前后角度边界和一次摆动时间最短轨迹的解析分析。基于时间最短一次摆动给出了搜索时间优化甩起轨迹的数值计算方法,该方法需要搜索的变量数等于甩起摆动次数减一,计算量较小。文中给出了两次摆动和三次摆动甩起的时间优化轨迹的计算结果。

倒立摆摆起的能量控制算法研究及仿真

本文对单级小车倒立摆摆起的能量控制方法进行了研究,讨论了能量控制理论及控制策略,并用MATLAB对其进行仿真分析,仿真结果证明能够达到控制要求。

旋转倒立摆平衡姿态多模型模糊控制算法

针对开环不稳定旋转倒立摆系统,利用运行空间划分的思想设计了一种多模型模糊控制器。讨论了摆上与平衡姿态控制问题,在工况和系统参数大范围变化条件下进行了仿真实验研究,并与LQR方法进行了比较。结果表明,多模型模糊控制算法能够实现稳定的摆上和平衡姿态控制,且具有很强的鲁棒性。

一阶旋转倒立摆输出反馈控制

通过Lagrange方程建立倒立摆系统的模型,在平衡点处对模型线性化;由于摆杆及旋转臂的角速度不可测量,研究了一阶旋转倒立摆在不稳定平衡点处的状态观测器设计问题;分别采用极点配置和线性二次型最优控制策略设计了平衡控制器;采用能量控制策略设计了一阶旋转倒立摆的起摆控制器。采用Matlab/Simulink工具完成了仿真环节,并在实验中成功实现了对倒立摆的平衡控制和起摆控制,验证了平衡控制器和起摆控制器的有效性。该实验应用于自动控制相关课程教学,方便高效,具有较好的实验演示效果。

基于快速起摆的Furuta摆切换控制系统

针对由一个驱动臂和一个未驱动摆杆组成的欠驱动Furuta摆系统,设计了实现其稳定的切换控制系统.控制任务是将未驱动摆杆稳定在上方不稳定平衡点的同时,将驱动臂控制到零点,分为两部分:首先基于部分反馈线性化技术设计一个饱和的状态反馈控制器,将摆杆快速控制到上方不稳定平衡点附近;然后切换到一个线性的全状态反馈控制器,实现系统的稳定控制.仿真实验验证了控制器的有效性.

基于能量反馈的圆轨倒立摆摆起控制

基于拉格朗日方程建立圆轨倒立摆单摆模型,根据能量反馈控制理论,设计圆轨倒立摆摆起控制器,从而使摆杆从稳定平衡点摆起到不稳定平衡点并稳定不倒。采用具有流水线指令结构CIP-51控制器内核的C8051单片机实现控制算法。实验结果表明,采用能量反馈控制器可以对具有复杂非线性、强耦合、自然不稳定特性的倒立摆系统实现摆起控制,摆起效果良好。同时也为其他非线性多变量系统的控制提供了有效方法。

力矩受限圆轨二级倒立摆系统非线性摆起过程控制

目的研究了力矩受限时圆轨二级倒立摆摆起控制量确定的最优化算法,实现圆轨二级倒立摆非线性系统摆起过程有效控制.方法对于设定的摆起时间,进行时间分段,以每个时间段上控制量为设计变量,以与设计变量相关的终点约束条件为目标函数,将控制量受限条件构造在复杂嵌套的目标函数中,建立了摆起过程控制量计算的最优化方法.结果编制出力矩受限时圆轨二级倒立摆摆起的开环控制量程序与控制量确定,采用计算出控制量实现了摆起过程仿真控制,并成功地实现了圆轨二级倒立摆摆起的实物摆起控制.结论通过力矩受限时倒立摆摆起控制量分析与实物摆起控制实现,表明所提出方法有效性和可行性,为复杂强非线性系统的过程控制提出依据.

三连杆单杠体操机器人的仿人智能运动控制

用基于动觉智能图式的仿人智能控制方法设计了多控制器、多控制模态结构的单杠体操机器人运动控制器.模仿体操运动员的运动控制特征,将单杠体操机器人摆起倒立过程分解为顺序执行的6个过程,用定性定量结合的分析方法设计了感知特征基元和控制模态基元及相应的动觉智能图式群.仿真实验很好地完成了过程姿态和能量兼顾的多控制目标,并进一步实现了大回环动作的运动控制.

Acrobot基于能量的摇起控制算法与运动特性分析

针对Acrobot等一类二连杆欠驱动系统提出了一种基于能量增加的摇起控制算法。该控制算法从保证系统能量增加的角度出发实现系统的摇起控制。对在该算法下系统摇起过程的动力学和运动学进行了详细分析,并讨论了当系统控制输入参数改变时产生的复杂的动力学和运动学行为,通过以上分析得出了系统运动学和动力学的一般结论。