基于能量控制与近似输出调节的二级倒立摆起摆和跟踪控制

二级倒立摆是一个典型的欠驱动非线性系统,其控制问题具有一定的挑战性.为了解决时变参考信号下二级倒立摆的起摆和跟踪控制问题,本文提出了一种基于能量控制与近似输出调节方法的起摆和三阶控制器设计方案.首先,采用能量控制方法将第1级摆杆从下垂位置摆起到倒立位置附近;其次,采用滑模控制方法将第1级摆杆稳定在倒立位置,同时,采用等效小车与能量控制相结合的方法将第2级摆杆摆起到倒立位置附近;最后,采用基于近似输出调节理论的多项式近似方法设计三阶控制器实现二级倒立摆的位置跟踪控制.仿真和实验结果均验证了该控制方案的有效性.

倒立摆系统的非线性稳定控制及起摆问题的研究

对一维倒立摆系统的稳定和起摆进行了深入研究。通过Lie理论对系统进行坐标和输入量的变换 ,实现了系统的局部线性化 ,使得倒立摆系统的稳定控制不再需要对数学模型中的非线性项取近似值。同时采用能量反馈的方法进行倒立摆的起摆控制。

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.

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。

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BVP算法的旋转倒立摆动自动起摆动控制

针对旋转倒立摆自动起摆的控制问题,提出了基于BVP算法的自动起摆控制策略。该方法将倒立摆起摆控制问题转化成求解非线性方程的两点边值问题(Two-point BoundaryValue Problem BVP),构造了含参变量具有傅立叶级数形式的起摆力矩函数,将力矩函数代入倒立摆系统,利用Matlab工具箱中的bvp4c函数求解两点边值条件,获得起摆过程的起摆控制的时间序列。基于BVP算法的起摆控制的求解,本质上属于开环前馈控制。为了抑制参数摄动,进行了平衡点附近的稳摆控制设计。稳摆设计是针对系统模型不稳定性和非最小相位特性分别进行的。对起摆、稳摆及其切换过程进行了仿真和实验研究,验证了所提出的自动起摆控制策略的有效性。

旋转倒立摆的起摆与稳摆研究与实现

针对倒立摆系统的起摆与稳摆问题,利用Lagrange方程建立了单摆与倒立摆的完整数学模型。采用正反馈控制算法进行单摆的起摆控制,采用双PID算法进行倒立摆的稳摆控制。设计了基于摆杆角度和角速度的两种能量控制切换模式,并进行了仿真验证和实物验证。仿真和实际运行结果表明,所设计的针对角速度的正反馈控制器起摆速度更快,所提出的两种切换模式可以使控制更稳定。

倒立摆系统基于能量控制的起摆控制策略研究

针对直线一级小车倒立摆系统起摆阶段的特点,设计基于能量控制的起摆控制器。通过引入"小车位移极限"、"小车速度极限"和"系统能量保持"的概念,对纯能量控制策略进行了优化。在起摆过程中,既能保证摆杆的快速起稳摆,又能确保小车位移在有限长的范围内。利用MATLAB对系统进行仿真分析,并运用英国Feedback公司生产的倒立摆机械实物系统进行实验验证。结果证明,该控制器能够实现小车倒立摆系统的快速平稳起摆。

非线性倒立摆系统的起摆和稳摆控制

介绍了基于数字信号处理器(DSP)控制直线型倒立摆系统的总体结构和工作原理,通过智能控制算法实现倒立摆的起摆控制。当摆杆的角度进入稳定区域时,通过线性二次型调节器(LQR)控制算法使摆杆稳定,并建立了电机电压与输出力矩之间的简单对应关系。实验表明,系统的稳定性好,抗干扰力强,而且采用DSP控制,有利于系统的小型化。

小车倒立摆起摆的控制算法的研究与仿真实现

以小车倒立摆为控制对象分别研究Bang-Bang算法、能量控制算法以及模糊控制算法;通过MATLAB建立倒立摆起摆的机械模型,并以此为对象对三种倒立摆起摆的控制算法进行仿真;对三种算法的仿真结果进行分析。

基于Simulink与CoppeliaSim一级倒立摆建模与仿真

倒立摆是一种典型的欠驱动算法验证平台,针对倒立摆稳摆控制性能差、起摆与稳摆过渡不平滑问题,设计了一种基于能量的起摆和基于LQR的稳摆控制器。首先,根据牛顿力学和拉格朗日法建立了倒立摆的数学模型,分别设计了能量起摆控制律和LQR稳摆控制律;然后,在Simulink环境中搭建以上控制律,并在CoppeliaSim中建立了倒立摆的可视化实体模型;最后,利用Simulink与CoppeliaSim进行联合动态可视化仿真实验,实现倒立摆控制器的快速开发。仿真结果表明,该控制器可实现平滑过渡,且鲁棒性好、响应快;与现有纯数学模型仿真相比,实体物理模型仿真更加贴合真实的系统,具有现实指导意义,为倒立摆控制器的开发提供一种新思路。

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。

一级直线型倒立摆的控制及实现

研究一级直线型倒立摆的起摆、镇定与跟踪问题.采用基于Lyapunov能量反馈方法和基于精确线性化与LQR(linear quadratic regulator)算法结合的方法设计控制器,提出分阶段起摆的控制思想,并将这两种控制器有效地联系起来,最后对控制器的跟踪性能作了讨论.仿真结果与上机实验表明了方法的有效性和优越性.

基于STM32和增量PID的旋转倒立摆的设计

旋转倒立摆系统应用广泛,但是传统设计中存在成本较高、功耗较大等问题。针对该难题,提出利用32位低功耗嵌入式芯片STM32作为主控制器、以增量PID和惯性起摆为控制算法的解决思路。通过连续多次采样角度传感器WDX35D,STM32将获取的数值进行增量PID计算并产生PWM信号,使BTS7960能够快速、平滑地驱动伺服电机,实现摆杆进入稳定的倒立状态。实践表明,该倒立摆稳定、可靠、运行平滑、抗干扰能力强,具有低成本、低功耗等优点。

基于能量和LQR的Furuta摆系统控制研究及仿真

针对由驱动臂和一个未驱动摆杆组成的欠驱动Furuta摆系统,设计了基于能量的起摆控制器和LQR状态跟随器.控制任务是将未驱动摆杆稳定在上方不稳定点的同时,使驱动臂稳定.首先对Furuta摆进行基于能量的起摆控制,然后根据能量的多少切换至稳摆控制.仿真结果表明:基于能量的起摆控制与LQR控制相结合,稳定性好,起摆成功率高.将程序移植并用上位机显示运行结果,数据表明了控制算法的合理性和有效性.

基于非线性状态依赖Riccati方程的直线倒立摆一致性控制

直线倒立摆作为一种典型的非线性系统,是一种经典的控制理论研究对象.本文将状态依赖的Riccati方程(SDRE)方法与极点配置方法结合,进行倒立摆非线性控制的研究.该方法与SDRE相比,不再需要实时计算Riccati方程,同时克服了线性最优控制(LQR),线性鲁棒(H∞)控制等控制域不足的问题,可实现几乎任意初始摆角的稳定控制,而且在稳定点附近保持与某期望的线性控制方法完全相同.实验表明了该控制方法的有效性和对扰动的鲁棒性.最后讨论了SDRE进行一致性起摆控制的硬件可行性,以及系统对于传感器零点漂移的鲁棒性.

基于DSP实现的一阶倒立摆控制

倒立摆是控制领域中典型的被控对象。本文通过智能控制算法实现倒立摆的起摆控制。当摆杆的角度进入稳定区域时,通过PID控制算法使摆杆稳定。整个控制过程由基于DSP(DigitalSignalProcessor)为核心的控制器来实现。经过实物检验,成功地实现了一级倒立摆的稳摆和起摆控制。