倒立摆控制系统优化与实时仿真

以一阶直线倒立摆为研究对象,基于牛顿第二运动定律,在惯性坐标系内分析和建立倒立摆状态空间表达式数学模型,设计并实现了基于经典PID控制器、状态反馈控制器和全维状态观测器的状态反馈控制器的倒立摆控制系统。通过MATLAB脚本语言实现了倒立摆实时仿真与控制系统,结果表明:优化后的全维状态观测器的状态反馈控制器运行效果更优,仿真结果与实际设备运行状态基本吻合。

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 .

两轮移动式倒立摆的运动控制

文章研究两轮移动式倒立摆的运动控制问题,系统有两个位于同一轴线驱动轮;控制目标是移动式倒立摆在二维平面内按指定的移动速度和转动角速度运动,并且保持摆杆平衡;利用状态反馈和输出反馈,构造闭环系统的状态空间方程,通过极点配置求得控制量;仿真结果显示,系统跟踪速度快、超调量小,同时验证了控制算法的有效性。

旋转式倒立摆计算机控制系统

研究了一种新型的倒立摆系统，该装置是由连在直流力矩电机转轴上的驱动臂和能自由旋转的摆杆构成，驱动臂在电机的作用下能在垂直平面内旋转，通过驱动臂的转动来保持摆杆稳定在平衡位置。运用动力学原理建立了该系统的数学模型，在此基础上借助于计算机辅助设计软件，进行了仿真研究，设计出控制律，最后实现旋转式倒立摆计算机控制。

鲁棒H_∞控制在非线性倒立摆系统中的应用

倒立摆系统是一个复杂的、非线性的、不确定的高阶系统,是火箭垂直姿态控制、两足行走机器人等控制对象的模型,被广泛用于研究和验证各种控制方法.针对非线性倒立摆系统,给出非线性不确定系统的H∞性能准则,推导出H∞状态反馈控制器存在的充分条件,并将其表达成具有线性矩阵不等式约束的凸优化问题,利用标准的数字软件进行求解.仿真结果表明该方法有效可行.

旋转式倒立摆系统控制策略研究

介绍了一种新型的旋转式倒立摆实验装置,对其系统模型进行动力学分析,建立了一个四阶状态空间方程。分别采用状态反馈和最优控制方法对其进行仿真研究,在此基础上实现倒立摆实时稳定控制。

倒立摆的简易现代控制

分析了ZWP Ⅱ倒立摆系统的力学特性,将系统的状态空间描述建立在"倒立"的平衡点附近,然后进行线性化处理,得到系统的状态方程。对系统进行合理的降阶处理后,再对系统进行连续化分析设计,并由此构建状态反馈,实现倒立摆的稳定控制。它大大简化了计算,使误差减少,控制效果很好。

两级倒立摆的鲁棒H_∞状态反馈控制

简要地介绍了基于观测器的鲁棒Ｈ∞状态反馈综合方法，并利用这种方法对两级倒立摆平衡控制系统进行了研究，给出了鲁棒控制器并通过仿真的手段对所得的闭环系统进行了分析．结果表明，利用本方法所设计的两级倒立摆平衡控制系统的鲁棒稳定性是令人满意的．

鲁棒H_∞状态反馈控制

本文对结构参数不确定线性定常多变量系统的鲁棒Ｈ∞状态反馈设计问题进行了研究，给出了系统鲁棒稳定和干扰衰减的条件，及相应的鲁棒Ｈ∞状态反馈设计方法，并用这种方法设计了一个倒立摆平衡控制器．仿真结果表明，与ＬＱ设计方法相比，按本文所提出的设计方法得到的控制器具有鲁棒稳定能力强、闭环动态性能良好等优点．

直线型一级倒立摆状态反馈控制设计及实现

针对单级倒立摆装置,设计了4种状态反馈制方案.通过仿真试验和实验证实所提出的状态反馈控制方案都是成功的.分析和对比结果表明:基于LQR的反推法和基于主导基点的设计方法都是有效的.

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。

直线二级倒立摆基于线性矩阵不等式算法的滑模鲁棒H_∞控制

倒立摆系统是高阶次、自然不稳定系统,容易受到外界干扰或者自身一些不确定性因素的影响而失去稳定。若用传统的滑模控制难以实现系统具有全程鲁棒抗干扰能力,同时存在控制输入抖振的现象。对此,提出了滑模鲁棒状态反馈H∞控制,即设计了带有滑模面参数和状态反馈增益的复合控制器。将问题转化为通过线性矩阵不等式求解优化值的优化问题,优化了状态反馈增益和滑模面,使得整个闭环控制系统具有全局强鲁棒性的特点;并实现了削弱抖振的目的。仿真结果表明了该控制方法的有效性和可行性,并且具有较强的鲁棒性和响应速度快的优越性,对高阶次不稳定系统具有很好的控制效果。

基于LMI的倒立摆系统鲁棒H_∞控制器设计

利用线性矩阵不等式方法设计状态反馈H∞控制器,给出系统具有H∞性能的线性矩阵不等式的条件,并用倒立摆系统实例及其仿真来验证设计方法的有效性和优越性。

非线性倒立摆系统平衡点反馈控制参数的优化计算

本文基于圆轨倒立摆非线性系统模型,建立了平衡点状态反馈控制参数的高精度优化算法,编制计算程序确定出反馈控制参数,并对圆轨倒立摆平衡点的实例控制.与将系统线性化后的反馈参数的计算分析相比,本文研究方法具有较大平衡范围.仿真与实例平衡控制都表明了本文研究方法的可行性.

基于Riccati方程和LMI算法的H_∞控制器的设计与实现

H_∞控制是一种重要的鲁棒控制方法,它以H_∞范数作为控制性能指标,是一种最优控制方法,目的是求出系统内部稳定的控制器,使闭环传递函数的无穷范数极小,达到控制的目的;以固高公司的直线一级倒立摆为控制对象,实现基于Riccati方程和LMI算法的H_∞控制器设计,采用M文件及simulink实现系统建模、控制器的设计,完成系统算法的验证;实验表明,控制器的输出、倒立摆系统的状态变量变化平稳,系统具有较强的鲁棒性,系统表现出良好的动态品质,验证了H_∞控制器的有效性。

基于Bang-Bang控制的倒立摆系统摆起和镇定

针对一级直线型倒立摆对象 ,基于Bang-Bang控制和线性二次型最优状态反馈控制 ,提出了一种基于状态的切换控制策略 ,实现了倒立摆的快速摆起和镇定。最后通过仿真实验表明 。

倒立摆状态观测器的输出反馈控制器研究

以一级倒立摆为被控对象,详细介绍了倒立摆的状态方程建模过程。在此基础上,介绍了基于状态观测器的输出反馈控制器理论。分析了状态观测器的建立过程,当系统能控、能观时,对分离定理进行了详细说明。以一级倒立摆的状态方程为对象,根据分离定理,建立了基于一级倒立摆的状态观测器的输出反馈控制器闭环系统动态特性方程,并以该方程为研究对象,用MATLAB对该系统进行了仿真研究。结果表明,用状态估计值代替系统的真实状态后所得的闭环系统仍然具有原闭环系统渐进的稳定特性和良好的动态性能。

倒立摆线性二次型最优控制方法研究

为优化倒立摆控制性能,提高系统响应的快速性和稳定性,研究了线性二次型最优控制方法。应用动力学分析方法建立单级倒立摆线性状态空间模型,设计线性二次型控制器(LQR);应用Matlab软件中LQR函数,确定倒立摆闭环控制系统状态反馈向量及最优控制目标函数,完成线性二次型状态反馈控制系统设计。时间响应分析及动态仿真结果表明,基于LQR函数设计的线性二次型状态反馈控制系统,阶跃响应上升时间<2 s,调节时间<5 s,实现了单级倒立摆快速、稳定控制。

旋转二级倒立摆的二次型最优控制研究

针对多变量、非线性和强耦合的旋转二级倒立摆系统,采用分析力学理论分析旋转二级倒立摆系统的结构,建立了旋转二级倒立摆系统的数学模型状态空间方程,分析了系统的稳定性和可控性。将系统的状态空间方程在平衡点附近进行线性化处理,分别采用线性二次型最优控制策略LQR及LQY方法对旋转二级倒立摆系统进行控制系统设计,并借助Matlab平台进行了仿真实验研究。对控制结果进行了详细分析研究,对于实现其他不稳定系统的控制,有着一定的借鉴价值。

单级旋转倒立摆的建模与控制仿真

本文介绍了单级旋转倒立摆系统的构成和数学模型 ,根据倒立摆系统的数学模型在Matlab环境下设计了两种控制器 ,并进行仿真。仿真结果表明了最优控制策略LQR控制器的控制效果要优于闭环状态反馈极点配置调节器。