基于环形倒立摆的综合实训平台

基于拉格朗日动力学定理,在状态空间内对环形倒立摆进行建模仿真,得到理想的控制策略;选择ARM Cortex-M4系列的K60单片机作为主控制器,精密电位器作为位置反馈,依照理论仿真的控制策略对系统进行控制。该综合实训平台采用理论建模仿真和实际参数调试一体化训练方式,改变了理论研究和实践调试脱节的现状。

环形倒立摆实验教学平台设计

设计制作单片机最小系统板、直流电机驱动电路、旋臂和摆杆位置检测电路等硬件模块,搭建了环形倒立摆实验教学平台。利用欧拉-拉格朗日法分析环形倒立摆数学模型,设计了基于LMI的滑模变结构控制器,通过Matlab仿真和实际测试,最终倒立摆系统能够在平衡位置附近稳定,即旋臂在水平转动面0°处稳定、摆杆保持垂直向上稳定。该平台应用于自动控制相关课程的实验教学中,方便高效,具有较好的实验演示效果,能够提高学生的实验积极性,增强学生的实践动手能力。

基于LQR的环形一级倒立摆控制算法研究

为了研究环形一级倒立摆的自动AA起摆及实现其稳定控制,采用拉格朗日方法推导建立环形一级倒立摆的数学建模,设计LQR最优控制器并对其性能进行分析。在取权重R=1的条件下,不断调整权重矩阵Q,得出最优Q值和R值,并通过环形一级倒立摆进行实物控制。实验结果表明,倒立摆能快速起摆,并能稳定控制。

基于改进遗传算法的环形倒立摆PID参数整定

针对传统的环形倒立摆PID控制器参数整定方法主观性强,系统响应性能不佳等问题,提出来了一种基于改进遗传算法的环形倒立摆PID参数整定方法。采用仿真研究方法,比较了试凑法、遗传算法和改进遗传算法求取的PID控制器参数对环形倒立摆的控制效果。实验表明,相比于试凑法,遗传算法得到的PID控制器参数使系统的超调量减小、调节时间缩短;改进的遗传算法得到的PID控制器参数使系统的响应性能进一步优化。改进遗传算法求取PID控制器参数的方法对于环形倒立摆以外的控制系统也有借鉴作用。

基于Labview的一级环形倒立摆逆系统轨迹法自动摆起控制

利用求解非线性方程两点边值问题,得到逆系统参考轨迹;通过设计逆系统前馈控制及LQR反馈控制器,对参考轨迹实时跟踪。基于QNET 2.0旋转倒立摆实验平台,采用Labview编程软件,实现了一级环形倒立摆的自动摆起与稳定的实物控制。实验结果证明控制算法的有效性,可以使一级环形倒立摆在一个摆周期内自动摆起,并保持稳定状态。与能量法自动起摆实验比较,逆系统算法具有较好的快速性和稳定性。