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Using Adaptive Gain Scheduling LQR Method Control of Arm Driven Inverted Pendulum System Based on PIC18F4431 被引量:1
1
作者 Huu Chan Thanh Nguyen An-Wen Shen 《Journal of Harbin Institute of Technology(New Series)》 EI CAS 2013年第4期85-92,共8页
The arm driven inverted pendulum system is a highly nonlinear model, muhivariable and absolutely unstable dynamic system so it is very difficult to obtain exact mathematical model and balance the inverted pendulum wit... The arm driven inverted pendulum system is a highly nonlinear model, muhivariable 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 ann. 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 mieroeontroller. The result of experiment system shows the control performance to be very good in a wide range stabilization of the arm position. 展开更多
关键词 Arm Driven inverted pendulum (ADIP) adaptive gain scheduling lqr control lqr control swing up pendlum
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Performance Study of PID Controller and LQR Technique for Inverted Pendulum 被引量:1
2
作者 Akhil Jose Clint Augustine +1 位作者 Shinu Mohanan Malola Keerthi Chacko 《World Journal of Engineering and Technology》 2015年第2期76-81,共6页
The inverted pendulum is a classic problem in dynamics and control theory and is widely used as a benchmark for testing control algorithms. It is unstable without control. The process is non linear and unstable with o... The inverted pendulum is a classic problem in dynamics and control theory and is widely used as a benchmark for testing control algorithms. It is unstable without control. The process is non linear and unstable with one input signal and several output signals. It is hence obvious that feedback of the state of the pendulum is needed to stabilize the pendulum. The aim of the study is to stabilize the pendulum such that the position of the carriage on the track is controlled quickly and accurately. The problem involves an arm, able to move horizontally in angular motion, and a pendulum, hinged to the arm at the bottom of its length such that the pendulum can move in the same plane as the arm. The conventional PID controller can be used for virtually any process condition. This makes elimination the offset of the proportional mode possible and still provides fast response. In this paper, we have modelled the system and studied conventional controller and LQR controller. It is observed that the LQR method works better compared to conventional controller. 展开更多
关键词 control System lqr TECHNIQUE CONVENTIONAL controller inverted pendulum
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Simulation of a Triple Inverted Pendulum Based on Fuzzy Control
3
作者 Wei Chen Nkurunziza Theodomile 《World Journal of Engineering and Technology》 2016年第2期267-272,共6页
The inverted pendulum is a classic problem in dynamics and control theory and is widely used as a benchmark for testing control algorithms. This paper studies the use of fuzzy control method to study the stability con... The inverted pendulum is a classic problem in dynamics and control theory and is widely used as a benchmark for testing control algorithms. This paper studies the use of fuzzy control method to study the stability control problem of a triple inverted pendulum system. By the linear model of the system, the feedback weight matrix of the LQR optimal control and the feedback parameters of the linear optimal control are designed to determine the parameters of the fuzzy controller. The simulation results show that the proposed method can achieve the stability control of the three stage inverted pendulum, and has good dynamic performance with simple parameter selection. 展开更多
关键词 Triple inverted pendulum Fuzzy control lqr matlab Simulation
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倒立摆状态反馈极点配置与LQR控制Matlab实现 被引量:11
4
作者 刘文秀 郭伟 余波年 《现代电子技术》 2011年第10期88-90,共3页
为了实现对绝对不稳定的非线性多变量倒立摆系统的控制,采用了状态反馈极点配置和LQR控制2种方法。状态反馈极点配置是将多变量系统的闭环系统极点配置在期望的位置上,从而使系统满足瞬态和稳态性能指标。LQR算法是在一定的性能指标下,... 为了实现对绝对不稳定的非线性多变量倒立摆系统的控制,采用了状态反馈极点配置和LQR控制2种方法。状态反馈极点配置是将多变量系统的闭环系统极点配置在期望的位置上,从而使系统满足瞬态和稳态性能指标。LQR算法是在一定的性能指标下,利用最少的控制能量,来达到最小的状态误差。通过Matlab软件仿真实验,发现2种控制方法对于倒立摆这种不稳定的系统有一定的控制作用,证明了两种控制方案的可行性和有效性。仿真表明二次型最优控制有较小的振荡和超调量,对系统有更好的控制效果。 展开更多
关键词 倒立摆 matlab lqr 极点配置
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基于MATLAB的LQR控制器设计方法研究 被引量:10
5
作者 王晓侃 冯冬青 《微计算机信息》 北大核心 2008年第10期37-39,共3页
采用LQ校正、参考输入及状态观测器的设计方法来设计最优二次控制器,选取加权矩阵Q和R使控制器的性能达到最优。从介绍代数Riccati方程求解着手,利用MATLAB的强大计算功能及仿真能力,不断的调整参数得到设计结果并画出系统的输出响应曲... 采用LQ校正、参考输入及状态观测器的设计方法来设计最优二次控制器,选取加权矩阵Q和R使控制器的性能达到最优。从介绍代数Riccati方程求解着手,利用MATLAB的强大计算功能及仿真能力,不断的调整参数得到设计结果并画出系统的输出响应曲线。很多文献介绍了基于输出反馈的PID控制系统,但其控制效果不理想,主要原因是系统的高阶次和多变量。本文采用基于状态空间设计法的LQR最优调节器,较好地兼顾了系统的鲁棒稳定性和快速性,倒立摆的实例说明了该方法的有效性。 展开更多
关键词 lqr控制器 matlab RICCATI方程 倒立单摆系统
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基于MATLAB的单级倒立摆的LQR控制研究 被引量:4
6
作者 马扬龙 陈琼 宁玉玲 《工业控制计算机》 2013年第2期98-99,共2页
以一级直线倒立摆为模型研究线性二次型指标的最优控制问题,并利用MATLAB强大的运算和仿真能力来设计LQR最优控制器系统。通过调整加权矩阵Q和R,使控制器的系统性能达到最优,并画出系统阶跃响应曲线。仿真结果表明该系统具较好的稳定性... 以一级直线倒立摆为模型研究线性二次型指标的最优控制问题,并利用MATLAB强大的运算和仿真能力来设计LQR最优控制器系统。通过调整加权矩阵Q和R,使控制器的系统性能达到最优,并画出系统阶跃响应曲线。仿真结果表明该系统具较好的稳定性和快速性。 展开更多
关键词 倒立摆 lqr matlab 最优控制
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基于LQR对直线倒立摆的稳摆控制研究及实现 被引量:1
7
作者 张慧慧 侯伯杰 +1 位作者 高建设 郭明 《机械设计与制造》 北大核心 2024年第1期186-190,共5页
针对倒立摆的稳摆控制问题,研究设计了一个LQR控制器。首先,考虑摆杆摆动的阻力矩,采用牛顿力学分析方法推导出直线倒立摆的数学模型,建立了其线性状态空间模型,并分析了系统的稳定性、能控性与能观性。通过采用仿真试凑确定加权矩阵Q... 针对倒立摆的稳摆控制问题,研究设计了一个LQR控制器。首先,考虑摆杆摆动的阻力矩,采用牛顿力学分析方法推导出直线倒立摆的数学模型,建立了其线性状态空间模型,并分析了系统的稳定性、能控性与能观性。通过采用仿真试凑确定加权矩阵Q、R,得到状态反馈增益矩阵K,完成LQR控制器的设计。之后,搭建了以开放式运动控制器为核心的倒立摆实验平台,在计算机上开发了实时人机交互程序,在运动控制器里编写了倒立摆控制算法。最后,进行了仿真与实测实验,验证了所设计的LQR控制器的有效性和可行性。 展开更多
关键词 直线倒立摆 lqr 运动控制器 最优控制
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单级倒立摆的LQR控制和DMC控制Matlab仿真比较 被引量:1
8
作者 胡蓉 陶雪华 《工业控制计算机》 2011年第8期38-40,共3页
建立了单级直线倒立摆的状态空间模型,分别从线性最优二次型(LQR)控制和模型预测控制的原理出发,在MAT-LAB/SIMULINK环境下,设计了LQR控制器和动态矩阵控制(DMC)控制器,对所建立的倒立摆模型对象进行系统控制仿真。仿真结果表明,作为先... 建立了单级直线倒立摆的状态空间模型,分别从线性最优二次型(LQR)控制和模型预测控制的原理出发,在MAT-LAB/SIMULINK环境下,设计了LQR控制器和动态矩阵控制(DMC)控制器,对所建立的倒立摆模型对象进行系统控制仿真。仿真结果表明,作为先进控制的DMC控制的效果比作为最优控制的LQR控制效果更好,鲁棒性更强。 展开更多
关键词 状态空间模型 lqr控制器 模型预测控制 DMC控制器
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基于MATLAB的倒立摆LQR控制方法的研究 被引量:4
9
作者 刘惠超 孔庆忠 《机械工程与自动化》 2014年第4期166-168,171,共4页
在忽略掉倒立摆系统本身自然不稳定因素以及摩擦阻力的影响后,倒立摆系统就成了一个典型的运动刚体系统,利用在惯性坐标系内的经典力学理论建立系统的动力学方程,采用力学分析方法建立直线型一级倒立摆的数学模型。结果证明,基于牛顿力... 在忽略掉倒立摆系统本身自然不稳定因素以及摩擦阻力的影响后,倒立摆系统就成了一个典型的运动刚体系统,利用在惯性坐标系内的经典力学理论建立系统的动力学方程,采用力学分析方法建立直线型一级倒立摆的数学模型。结果证明,基于牛顿力学定律的数学建模方法,应用二次型最优控制理论对一级倒立摆实现控制,并能满足控制系统的稳定性和鲁棒性,用MATLAB进行仿真,并对仿真试验结果进行了分析研究。 展开更多
关键词 倒立摆 matlab lqr 仿真
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多种群遗传算法的倒立摆LQR控制器设计 被引量:16
10
作者 谌海云 杜振华 +1 位作者 邹宁波 石明江 《控制工程》 CSCD 北大核心 2014年第3期391-394,共4页
针对传统遗传算法在设计倒立摆LQR控制器时,算法会因个别超常个体或群体较快趋于单一化而导致不能得到满意控制参数的问题,利用Sheffield遗传工具箱,设计了多种群遗传算法。算法的开始引入了多个种群同时进行优化搜索,不同的种群采用不... 针对传统遗传算法在设计倒立摆LQR控制器时,算法会因个别超常个体或群体较快趋于单一化而导致不能得到满意控制参数的问题,利用Sheffield遗传工具箱,设计了多种群遗传算法。算法的开始引入了多个种群同时进行优化搜索,不同的种群采用不同的交叉概率和变异概率,种群之间采用移民算子建立联系,各种群产生的最优个体通过精华种群实现留优。在Simulink环境下建立模型并计算性能指标,Simulink环境下的输出值作为多种群遗传算法的目标函数值。仿真结果表明,在存在建模误差的情况下,本算法稳定性好、遗传代数小,有效地避免了早熟,更为适合复杂问题的优化。 展开更多
关键词 lqr控制器 多种群遗传算法 倒立摆
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基于LQR的环形单级倒立摆稳定控制及实现 被引量:21
11
作者 刘浩梅 张昌凡 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期3496-3501,共6页
为了研究环形单级倒立摆的稳定控制,采用拉格朗日方法推导出环形单级倒立摆系统的数学模型,并设计1个线性二次型最优控制算法控制器(LQR)。在保持权重矩阵R=1的条件下,通过实验不断调整权重矩阵Q中的参数Q11和Q33,得到Q和R最优取值。然... 为了研究环形单级倒立摆的稳定控制,采用拉格朗日方法推导出环形单级倒立摆系统的数学模型,并设计1个线性二次型最优控制算法控制器(LQR)。在保持权重矩阵R=1的条件下,通过实验不断调整权重矩阵Q中的参数Q11和Q33,得到Q和R最优取值。然后,对环形单级倒立摆的稳定控制进行仿真和实物控制。研究结果表明:倒立摆起摆迅速,稳定控制性能优良。 展开更多
关键词 环形倒立摆 lqr 稳定控制 实物控制
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基于LQR的倒立摆最优控制系统研究 被引量:55
12
作者 王仲民 孙建军 岳宏 《工业仪表与自动化装置》 2005年第3期6-8,32,共4页
基于LQR对单级倒立摆进行了最优控制系统设计,并针对LQR最优控制中加权矩阵Q和R难以确定的问题,进行了倒立摆实验研究与分析,找出了倒立摆系统的动态响应与Q和R阵之间遵循的基本规律。实验结果显示了该结论的正确性和实用性,也为在利用... 基于LQR对单级倒立摆进行了最优控制系统设计,并针对LQR最优控制中加权矩阵Q和R难以确定的问题,进行了倒立摆实验研究与分析,找出了倒立摆系统的动态响应与Q和R阵之间遵循的基本规律。实验结果显示了该结论的正确性和实用性,也为在利用该方法进行其它控制系统的设计中Q和R的选取提供了参考。 展开更多
关键词 lqr 倒立摆 最优控制
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基于LQR的小车-倒摆闭环控制系统研究 被引量:4
13
作者 丁海港 赵继云 张德生 《煤矿机械》 北大核心 2008年第11期124-126,共3页
运用Lagrange方法建立了小车-倒摆控制系统的数学模型,并推导出该模型的状态空间表达式,分析了系统的稳定性、能控性和能观性,建立了基于LQR的小车-倒摆闭环控制系统,利用Matlab仿真实验讨论了加权矩阵Q和R对最优控制的影响,实现了对系... 运用Lagrange方法建立了小车-倒摆控制系统的数学模型,并推导出该模型的状态空间表达式,分析了系统的稳定性、能控性和能观性,建立了基于LQR的小车-倒摆闭环控制系统,利用Matlab仿真实验讨论了加权矩阵Q和R对最优控制的影响,实现了对系统的最优控制。 展开更多
关键词 状态空间 小车-倒摆 lqr 最优控制 仿真
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Matlab在现代控制理论教学中的应用 被引量:6
14
作者 刘强 贾鸿莉 董德发 《现代电子技术》 2010年第18期72-73,共2页
根据现代控制理论的特点,利用Matlab设计了现代控制理论课程的实验,并利用Matlab对现代控制理论进行分析。采用极点配置方法设计状态反馈控制器和线性二次最优控制设计状态反馈控制器,对倒立摆系统的数学模型进行仿真研究,并得到系统的... 根据现代控制理论的特点,利用Matlab设计了现代控制理论课程的实验,并利用Matlab对现代控制理论进行分析。采用极点配置方法设计状态反馈控制器和线性二次最优控制设计状态反馈控制器,对倒立摆系统的数学模型进行仿真研究,并得到系统的闭环极点配置在P1,P2位置时系统状态响应曲线。设计了求解现代控制理论的能控性、能观性及极点配置等基本问题的人机界面。 展开更多
关键词 现代控制系统 matlab 仿真实验 倒立摆系统
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基于LQR的二级倒立摆模糊控制 被引量:2
15
作者 丁莉芬 安小宇 +2 位作者 韩晓峰 宋寅卯 姜利英 《煤矿机械》 北大核心 2009年第9期196-199,共4页
针对非线性、多变量、不稳定的二级倒立摆系统,提出基于LQR最优控制设计模糊控制器。利用信息融合技术降低了模糊控制器的维数,因而简化了多变量模糊控制器的设计过程。仿真结果表明,这种控制器不但结构简单,而且具有很好的控制效果。
关键词 模糊控制 倒立摆 信息融合 lqr
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基于MATLAB的复杂非线性控制实验系统实时控制研究 被引量:5
16
作者 余昌盛 许力 《实验室研究与探索》 CAS 2005年第4期14-18,共5页
讨论了在Matlab环境下实时控制的两种实现方法,提出了模糊变量组合的模糊控制方法。采用基于M文件进行实时控制,具有简单易学、控制方便等特点,但运行速度稍慢;使用Simulink和Real TimeWorkshop进行实时控制,具有控制系统参数修改方便,... 讨论了在Matlab环境下实时控制的两种实现方法,提出了模糊变量组合的模糊控制方法。采用基于M文件进行实时控制,具有简单易学、控制方便等特点,但运行速度稍慢;使用Simulink和Real TimeWorkshop进行实时控制,具有控制系统参数修改方便,运行速度快,在完成仿真和调试后可生成C代码并移植到硬件直接使用,使控制系统得以快速成形。在Matlab环境下采用通用的PCI数据采集卡和自行设计的光电编码信号采集卡,对实际的倒立摆系统和旋转伺服系统进行了有效地实时模糊控制。 展开更多
关键词 实时控制 matlab SIMULINK 倒立摆 旋转伺服 模糊控制
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基于LQR的直线一级倒立摆最优控制系统研究 被引量:13
17
作者 邢景虎 陈其工 江明 《工业仪表与自动化装置》 2007年第6期3-5,共3页
从理论和实践上对直线一级倒立摆作了深入的研究。用牛顿—欧拉方法建立了倒立摆的数学模型,在此基础上采用线性二次型最优控制方法设计了倒立摆的控制器。通过固高公司GLIP2003倒立摆系统验证了设计结果,并达到较好的控制效果。
关键词 倒立摆 建模 lqr控制器
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基于LQR的直线二级倒立摆最优控制系统研究 被引量:10
18
作者 赵文龙 陈能祥 +1 位作者 杜浩藩 李海燕 《南昌航空大学学报(自然科学版)》 CAS 2013年第1期66-72,共7页
倒立摆系统是一个典型的多变量、非线性、强耦合和快速运动的高阶不稳定系统,是检验各种新的控制理论和方法有效性的典型理想模型。在其控制过程中,能有效地反映诸如镇定性、鲁棒性、随动性以及跟踪等许多关键问题。通过研究直线二级倒... 倒立摆系统是一个典型的多变量、非线性、强耦合和快速运动的高阶不稳定系统,是检验各种新的控制理论和方法有效性的典型理想模型。在其控制过程中,能有效地反映诸如镇定性、鲁棒性、随动性以及跟踪等许多关键问题。通过研究直线二级倒立摆LQR控制方法,首先建立了二级倒立摆的数学模型,然后设计LQR控制器,并对系统进行仿真,最后使用Windows动态链接库调用技术和多媒体定时器技术设计了VC和Simulink两种版本的控制程序,系统成功实现了稳摆控制。 展开更多
关键词 直线二级倒立摆 建模 lqr控制 动态链接库 多媒体定时器
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基于留优遗传算法的倒立摆最优LQR控制 被引量:2
19
作者 周文彬 朱学峰 陈华艳 《控制工程》 CSCD 2004年第S2期160-163,共4页
被控系统稳定性与LQR控制器权重矩阵Q和R的选择有关。针对选择适当的Q和R使系统在约束条件下达到稳定性最优的问题,提出了一种通过留优遗传算法实现二级倒立摆系统LQR控制器参数寻优的新方法。以被控系统的动能积分为性能指标来实现寻优... 被控系统稳定性与LQR控制器权重矩阵Q和R的选择有关。针对选择适当的Q和R使系统在约束条件下达到稳定性最优的问题,提出了一种通过留优遗传算法实现二级倒立摆系统LQR控制器参数寻优的新方法。以被控系统的动能积分为性能指标来实现寻优,以能量为寻优性能指标,可使二级倒立摆系统各部分的稳定性以统一的量纲表示。可依据倒立摆系统的耦合性,从总体的角度考虑系统的稳定性。仿真的结果表明了该方法的有效性。 展开更多
关键词 二级倒立摆 lqr 留优遗传算法
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基于LQR三级倒立摆变论域自适应模糊控制 被引量:4
20
作者 洪晓英 刘成永 《控制工程》 CSCD 2006年第5期445-448,共4页
针对传统模糊控制的不足,以三级倒立摆为例,应用变论域自适应模糊控制理论,给出了三级倒立摆的数学模型,并验证了其可控性。考虑到三级倒立摆为多变量系统,为了解决模糊控制器规则组合爆炸问题,利用LQR理论先设计出状态反馈器,再进行降... 针对传统模糊控制的不足,以三级倒立摆为例,应用变论域自适应模糊控制理论,给出了三级倒立摆的数学模型,并验证了其可控性。考虑到三级倒立摆为多变量系统,为了解决模糊控制器规则组合爆炸问题,利用LQR理论先设计出状态反馈器,再进行降维处理。最后利用变论域自适应模糊控制理论给出伸缩因子,从而得到变论域自适应模糊控制器。仿真结果表明,该方法控制精度高,具有良好的稳定性和鲁棒性,可实现倒立摆系统的随动控制。 展开更多
关键词 三级倒立摆 变论域自适应模糊控制 lqr
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