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板球系统的直接自适应模糊滑模控制 被引量:21
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作者 翟晨汐 李洪兴 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2016年第2期383-388,432,共7页
针对板球系统的轨迹跟踪控制中存在的震荡大,精度低,实时性差等问题,设计了一种基于蚁群优化的直接自适应模糊滑模控制方案。为提高板球系统对模型误差和外界随机干扰的鲁棒性,采用滑模控制算法对其进行控制。将直接自适应模糊控制算法... 针对板球系统的轨迹跟踪控制中存在的震荡大,精度低,实时性差等问题,设计了一种基于蚁群优化的直接自适应模糊滑模控制方案。为提高板球系统对模型误差和外界随机干扰的鲁棒性,采用滑模控制算法对其进行控制。将直接自适应模糊控制算法与滑模控制算法相结合,设计出直接自适应模糊滑模控制器,减弱了板球系统轨迹跟踪控制中的震荡现象。同时,为了提高板球系统的轨迹跟踪精度和系统控制的实时性,引入蚁群算法优化直接自适应控制律参数和滑模面参数。仿真实验结果表明:基于蚁群优化的直接自适应模糊滑模控制算法提高了板球系统的轨迹跟踪精度,加强了板球控制系统的实时性。 展开更多
关键词 板球系统 模糊滑模控制 蚁群优化算法 轨迹跟踪 自适应控制
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板球系统自适应解耦滑模控制 被引量:20
2
作者 韩京元 田彦涛 +2 位作者 孔英秀 张英慧 李津淞 《吉林大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期718-725,共8页
针对非线性板球系统中小球的镇定和跟踪控制问题,提出了一种采用结合系数的自适应解耦模糊滑模控制器设计方法。将板球系统分解成4个子系统,分别对每个子系统定义了滑模面,利用结合系数将滑模面结合,基于Lyapunov稳定性理论,构造了自适... 针对非线性板球系统中小球的镇定和跟踪控制问题,提出了一种采用结合系数的自适应解耦模糊滑模控制器设计方法。将板球系统分解成4个子系统,分别对每个子系统定义了滑模面,利用结合系数将滑模面结合,基于Lyapunov稳定性理论,构造了自适应模糊规则来调节滑模结合系数,从而实现了板球系统的稳定控制,并避免了复杂的计算。本文对所提出的控制方法进行了板球系统的仿真实验验证。仿真结果表明,此方法能够较好地实现非线性不确定系统的镇定控制和轨迹跟踪问题。 展开更多
关键词 自动控制技术 板球系统 滑模控制 自适应模糊逻辑 镇定控制 轨迹跟踪控制
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一类高阶非线性系统的级联自抗扰控制 被引量:18
3
作者 段慧达 田彦涛 +1 位作者 李津淞 王光彬 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2012年第2期216-220,共5页
针对类似板球系统的一类高阶、强耦合、不确定非线性系统,利用backstepping算法的思想,提出以多个低阶自抗扰控制器级联实现控制的方法.通过各低阶自抗扰控制器的扩张状态观测器观测出各级对象的内外扰动,然后进行补偿,较好地解决了高... 针对类似板球系统的一类高阶、强耦合、不确定非线性系统,利用backstepping算法的思想,提出以多个低阶自抗扰控制器级联实现控制的方法.通过各低阶自抗扰控制器的扩张状态观测器观测出各级对象的内外扰动,然后进行补偿,较好地解决了高阶非线性系统的不确定性、耦合性及干扰抑制问题.以板球系统的轨迹跟踪控制为例进行研究,所得结果表明,该方案适用于复杂高阶非线性级联系统的控制,具有良好的动态特性及鲁棒性. 展开更多
关键词 高阶非线性系统 自抗扰控制器 级联系统 板球系统
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板球系统的参数自调整反步控制 被引量:18
4
作者 王红睿 田彦涛 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2009年第5期749-753,758,共6页
为解决系统初始值大范围变化,且控制量受到饱和特性约束的板球系统镇定控制问题,提出一种自动调整待设计参数的反步控制方法.分析了反步法偏差系统的平衡点特性;说明了反步法待设计参数与偏差系统动态间的关系;构造了Mamdani模糊逻辑,... 为解决系统初始值大范围变化,且控制量受到饱和特性约束的板球系统镇定控制问题,提出一种自动调整待设计参数的反步控制方法.分析了反步法偏差系统的平衡点特性;说明了反步法待设计参数与偏差系统动态间的关系;构造了Mamdani模糊逻辑,以自动调整反步法待设计参数;考虑了控制量受饱和特性限制而引入的约束条件,进而以遗传算法优化了模糊规则.仿真和实验结果均表明,自动调整待设计参数的反步控制方法降低了镇定控制中的位置偏差和位置超调. 展开更多
关键词 非线性控制 反步法 板球系统 遗传算法
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板球系统的模糊自整定PID控制算法研究 被引量:17
5
作者 郝伟 张宏立 《控制工程》 CSCD 北大核心 2018年第9期1649-1655,共7页
针对板球系统在轨迹跟踪控制中震荡大、精度低和实时性差的问题,提出了模糊自整定PID控制方案。首先运用拉格朗日方程对非线性板球系统建立数学模型。其次为了实现小球对期望轨迹的鲁棒跟踪,结合模糊算法与PID算法设计模糊自整定PID控制... 针对板球系统在轨迹跟踪控制中震荡大、精度低和实时性差的问题,提出了模糊自整定PID控制方案。首先运用拉格朗日方程对非线性板球系统建立数学模型。其次为了实现小球对期望轨迹的鲁棒跟踪,结合模糊算法与PID算法设计模糊自整定PID控制器,成功实现板球系统的圆形轨迹跟踪和镇定控制,保证轨迹误差在有限时间内趋于零。该控制方案在提高控制算法的执行效率、降低功耗的同时,改善了板球系统的动静态性能。仿真及实验结果表明:模糊自整定控制可以有效的提高板球系统的轨迹跟踪精度与实时性。 展开更多
关键词 板球系统 模糊自整定PID控制 轨迹跟踪 镇定控制
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板球系统的非线性自适应控制 被引量:13
6
作者 王红睿 田彦涛 +1 位作者 隋振 孙瑞东 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第5期1251-1256,共6页
针对球半径、球质量、球转动惯量未知的板球系统,提出了其非线性自适应控制方法。建立了包括球板间摩擦、传动机构、步进电机等环节的板球系统数学模型。结合Lyapunov稳定性理论设计了非线性位置控制器和非线性自适应位置控制器。提出... 针对球半径、球质量、球转动惯量未知的板球系统,提出了其非线性自适应控制方法。建立了包括球板间摩擦、传动机构、步进电机等环节的板球系统数学模型。结合Lyapunov稳定性理论设计了非线性位置控制器和非线性自适应位置控制器。提出的控制方法经过了仿真验证。跟踪控制结果表明与模糊控制相比,非线性自适应控制方法提高了板球系统的控制精度。 展开更多
关键词 非线性控制 板球系统 Lyapunov直接方法 自适应控制 仿真建模
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板球系统的模糊控制方法研究 被引量:8
7
作者 苏信 孙政顺 赵世敏 《计算机仿真》 CSCD 2006年第9期165-167,共3页
板球系统是一个典型的多变量、非线性控制系统,是杆球系统的扩展,用以检测各种控制方案。该文针对板球系统的定点稳定问题,首先提出了T-S模糊控制方案,仿真结果较好,但实物系统的试验却发现球在稳定点附件振荡、难以稳定、超调大;针对... 板球系统是一个典型的多变量、非线性控制系统,是杆球系统的扩展,用以检测各种控制方案。该文针对板球系统的定点稳定问题,首先提出了T-S模糊控制方案,仿真结果较好,但实物系统的试验却发现球在稳定点附件振荡、难以稳定、超调大;针对此缺点,在T-S模糊控制方案的基础上,提出变论域自适应模糊控制方案,仿真结果表明控制性能得到明显改善,且越是靠近稳定点效果越明显,体现了变论域自适应模糊控制方法具有精度高、无振荡、几乎无超调的特点。实物系统的试验结果也表明,变论域自适应模糊控制方案比T-S模糊控制方案的效果要好。 展开更多
关键词 板球系统 变论域 模糊控制 自适应控制
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板球系统的最优组合趋近律滑模控制 被引量:9
8
作者 李江峰 向凤红 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2021年第7期98-105,共8页
针对板球系统轨迹跟踪精度低、震荡大以及实时性差的问题,提出了一种基于遗传算法优化的组合趋近律滑模控制方案。首先运用Ackermann公式设计的滑模面来表达不连续的超平面;其次,在滑模前期采用指数趋近律来减小抖振幅度,后期运用变速... 针对板球系统轨迹跟踪精度低、震荡大以及实时性差的问题,提出了一种基于遗传算法优化的组合趋近律滑模控制方案。首先运用Ackermann公式设计的滑模面来表达不连续的超平面;其次,在滑模前期采用指数趋近律来减小抖振幅度,后期运用变速趋近律使抖振收敛;最后,运用遗传算法来进行参数选定。实验结果表明,组合趋近律相对变速趋近律起始输出振幅降低了2.2,遗传算法优化后收敛时间较优化前减少了0.4 s。采用Lyapunov理论证明了控制器的稳定性,仿真验证了控制策略具有良好的动态品质和稳态性能,满足板球系统轨迹跟踪要求。 展开更多
关键词 板球系统 滑模控制 Ackermann公式 趋近律 遗传算法
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板球系统的反演自适应动态滑模控制 被引量:9
9
作者 郝伟 张宏立 《电子技术应用》 2018年第7期139-142,146,共5页
针对板球系统对期望轨迹的跟踪问题,提出了一种反演自适应动态滑模控制方法。考虑实际情况下外界干扰及不确定量的未知性,结合自适应控制对未知量边界进行估计。为了有效削弱对数学模型的依赖性,同时规避反演法中的微分大爆炸现象,引入... 针对板球系统对期望轨迹的跟踪问题,提出了一种反演自适应动态滑模控制方法。考虑实际情况下外界干扰及不确定量的未知性,结合自适应控制对未知量边界进行估计。为了有效削弱对数学模型的依赖性,同时规避反演法中的微分大爆炸现象,引入动态面策略。考虑是否存在外界不确定干扰划分出两种实验环境,分别运用本文方法和动态滑模的方法进行了仿真实验。仿真结果表明,所设计控制器对系统参数摄动和外界干扰不敏感,该方法能较好地实现小球的轨迹跟踪,具有良好的动态跟踪性能,体现出较强的鲁棒性和自适应特性。 展开更多
关键词 板球系统 滑模变结构 轨迹跟踪 稳定性分析 自适应
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板球系统的T-S模糊多变量控制方案 被引量:6
10
作者 滕树杰 张乃尧 范醒哲 《信息与控制》 CSCD 北大核心 2002年第3期268-271,共4页
板球系统是一个典型的多变量、非线性控制对象 ,它是杆球系统的扩展 ,适合用以检验各种控制方案 .本文介绍了板球系统及其数学模型 ,就轨迹跟踪问题提出了基于 T- S模型的模糊多变量控制方案 ,并验证了这种控制方案能使系统全局渐进稳... 板球系统是一个典型的多变量、非线性控制对象 ,它是杆球系统的扩展 ,适合用以检验各种控制方案 .本文介绍了板球系统及其数学模型 ,就轨迹跟踪问题提出了基于 T- S模型的模糊多变量控制方案 ,并验证了这种控制方案能使系统全局渐进稳定 .仿真实验结果表明本文所采用的控制方案明显优于传统的 PD控制方案 . 展开更多
关键词 板球系统 轨迹跟踪 模糊多变量控制 T-S模型
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双变量串级PID板球控制系统的设计与实现 被引量:8
11
作者 周树道 张阳春 王敏 《科学技术与工程》 北大核心 2021年第4期1454-1458,共5页
传统单级比例积分微分(proportional-integral-derivative control,PID)控制只适用于单一变量的简单线性对象,不适用于板球系统这种复杂的多变量、非线性系统。基于对板球系统物理模型研究,提出一种基于串级PID的板球控制系统,小球的位... 传统单级比例积分微分(proportional-integral-derivative control,PID)控制只适用于单一变量的简单线性对象,不适用于板球系统这种复杂的多变量、非线性系统。基于对板球系统物理模型研究,提出一种基于串级PID的板球控制系统,小球的位置和速度同时作为反馈量,实现对两个变量的同时控制,并设计了板球系统硬件结构,进行了实际验证。测试表明,所提出的板球控制系统调节时间短、超调量小、误差小,且有一定的抗干扰能力。 展开更多
关键词 板球系统 电阻屏 位置检测 比例积分微分(PID)控制 串级控制
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一种基于卡尔曼滤波的板球系统RBF-PID控制研究 被引量:8
12
作者 黄文杰 向凤红 《电子测量技术》 2020年第2期91-96,共6页
板球系统在经典控制对象球杆系统的基础上进行了扩展,是一个多变量、强耦合、非线性控制对象。针对板球系统采用PID控制时小球震荡比较严重及PID控制存在参数镇定依靠经验调整且在控制过程中系统的抗干扰能力差等缺点,利用径向基函数神... 板球系统在经典控制对象球杆系统的基础上进行了扩展,是一个多变量、强耦合、非线性控制对象。针对板球系统采用PID控制时小球震荡比较严重及PID控制存在参数镇定依靠经验调整且在控制过程中系统的抗干扰能力差等缺点,利用径向基函数神经网络(radial basis funtion)具有自学习、自适应能力及非线性映射能力,对PID参数进行智能优化,使系统对阶跃信号的响应速度加快了2.8 s。利用卡尔曼滤波实现对控制干扰和测量噪声信号进行抑制,通过MATALB绘制出定点控制实验中小球的轨迹,实验结果表明了此算法相对于传统的PID控制可以有效的提高板球的系统的抗干扰能力以及动态性能,能够使小球的稳定时间由26 s减少到7 s,超调量减少了11.4 mm,X轴方向的控制精度提高了0.7 mm,Y轴方向的控制精度提高了1.7 mm。 展开更多
关键词 卡尔曼滤波 RBF神经网络 参数优化 轨迹跟踪 板球系统
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基于改进差分进化算法的在线轨迹优化 被引量:8
13
作者 韩敏 王明慧 范剑超 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2012年第2期247-251,共5页
首先提出一种基于混沌映射的差分进化算法,通过引入混沌映射的概念,在群体初始化和子代重构两个方面对经典差分进化算法进行改进,提高其寻优精度及稳定性,并通过对几个典型的Benchmark函数进行对比测试,验证该算法的全局收敛能力与稳定... 首先提出一种基于混沌映射的差分进化算法,通过引入混沌映射的概念,在群体初始化和子代重构两个方面对经典差分进化算法进行改进,提高其寻优精度及稳定性,并通过对几个典型的Benchmark函数进行对比测试,验证该算法的全局收敛能力与稳定性.然后将该改进算法应用于在线轨迹优化,利用其快速寻优、不依赖梯度信息等特点,结合滚动窗口的思想,提出局部极值逃逸方法,实现了轨迹的在线优化.最后在板球系统上通过仿真实验,验证了所提出方法的有效性. 展开更多
关键词 差分进化 混沌映射 轨迹优化 在线优化 板球系统
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板球系统的模糊自适应控制方法 被引量:7
14
作者 高永新 杜跃 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2016年第10期1164-1167,共4页
针对板球系统模型复杂、控制算法复杂度高的问题,采用理论分析和实验的方法,推导并设计一种基于变论域模糊控制算法来对板球控制系统平台进行控制,实现了球体按照指定信号进行跟踪运动.研究结果表明:所设计的控制策略不仅能够提高控制... 针对板球系统模型复杂、控制算法复杂度高的问题,采用理论分析和实验的方法,推导并设计一种基于变论域模糊控制算法来对板球控制系统平台进行控制,实现了球体按照指定信号进行跟踪运动.研究结果表明:所设计的控制策略不仅能够提高控制算法的执行效率和降低功耗,同时也能够改善控制系统各个性能指标的动态品质因素.研究结论初步突破了对传统控制方法设计过程的认识,也有助于寻求最优闭环控制系统品质的有效控制途径. 展开更多
关键词 板球系统 模糊控制 跟踪控制 模糊逻辑系统 控制优化
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随机激励下板球系统建模与有限时间全状态预设性能跟踪控制 被引量:7
15
作者 李小华 王傲翔 刘晓平 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期2333-2346,共14页
研究板球系统受到随机激励时的数学建模与轨迹跟踪控制问题.首次建立了板球系统的随机数学模型,并结合backstepping方法、有限时间预设性能函数、全状态约束及新的预设性能推导方法设计了具有未知输入饱和的随机板球系统实际有限时间全... 研究板球系统受到随机激励时的数学建模与轨迹跟踪控制问题.首次建立了板球系统的随机数学模型,并结合backstepping方法、有限时间预设性能函数、全状态约束及新的预设性能推导方法设计了具有未知输入饱和的随机板球系统实际有限时间全状态预设性能跟踪控制器,实现了随机激励下板球系统的有限时间预设性能轨迹跟踪控制.所设计的控制器保证了系统跟踪误差能够被预先给定的有限时间性能函数约束,并且能在任意给定的停息时间内收敛到预先给定的邻域内.最后通过仿真实验验证了所设计控制器具有更好的控制效果. 展开更多
关键词 板球系统 随机噪声 建模 有限时间控制 预设性能 全状态约束
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基于Backstepping的板球系统自适应神经网络H_(∞)控制 被引量:6
16
作者 王傲翔 李小华 《控制工程》 CSCD 北大核心 2021年第5期860-869,共10页
针对一个同时考虑了小球离心加速度及小球与板之间的未知摩擦力的非严格反馈形式的板球系统模型,基于Backstepping方法和H_(∞)控制理论首次研究了系统受到外部扰动时的H_(∞)跟踪控制问题。提出了一种自适应神经网络H_(∞)控制方法,获... 针对一个同时考虑了小球离心加速度及小球与板之间的未知摩擦力的非严格反馈形式的板球系统模型,基于Backstepping方法和H_(∞)控制理论首次研究了系统受到外部扰动时的H_(∞)跟踪控制问题。提出了一种自适应神经网络H_(∞)控制方法,获得了板球系统的自适应神经H_(∞)控制器。在控制器设计中,先借助一种变量分离方法对板球系统数学模型中的非严格反馈项进行处理,而后对于设计过程中出现的未知函数用神经网络进行近似逼近,并借助动态面技术避免了Backstepping方法的计算复杂性。所设计的控制器能够保证闭环板球系统内所有信号半全局一致最终有界,且系统具有对外部干扰的抑制能力。系统仿真实验证明了所设计控制器的有效性。 展开更多
关键词 板球系统 BACKSTEPPING 动态面 H_(∞)控制 神经网络
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Mathematical modelling of ball and plate system with experimental and correlation function-based model validation
17
作者 T.R.Dil Kumar S.J.Mija 《Control Theory and Technology》 EI CSCD 2024年第2期326-341,共16页
The ball and plate system is an inherently nonlinear under actuated benchmark system used for validating the performance of various control schemes. A mathematical model depicting the dynamics close to that of the sys... The ball and plate system is an inherently nonlinear under actuated benchmark system used for validating the performance of various control schemes. A mathematical model depicting the dynamics close to that of the system is very much required for such a test bed. In this correspondence, the complete nonlinear model, a simplified nonlinear model, and a linearized model of the ball and plate system are developed. The system comprises a ball and plate mechanism and a rotary servo unit. The ball and plate mechanism is modelled using the Euler–Lagrange method, whereas the rotary servo subsystem is modelled from the first principles. The nonlinear model of the combined system is developed by including the dynamics of the servo motor with gear and rolling resistance between the ball and the plate. The simplified nonlinear model of the system is obtained with suitable assumptions. The model is linearized around the operating point using the Jacobian. The validity of the developed models is investigated through correlation function analysis. The open-loop response of the three models, viz., nonlinear, simplified nonlinear, and linearized models, is analyzed in the MATLAB/Simulink platform. Since the open-loop system is unstable, the experimental validation of the model is performed with a double-loop PSO (particle swarm optimization) PID control scheme. 展开更多
关键词 ball and plate system Correlation function Model validation Particle swarm optimization(PSO) PSO PID controller
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改进NDO的板球系统自适应滑模抗扰控制
18
作者 杨立炜 李萍 +1 位作者 夏国锋 王涛 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2024年第S01期1169-1173,共5页
为解决板球系统因受到外部负载扰动、摩擦力、交叉耦合干扰等不确定性扰动而跟踪精度不高的问题,提出一种基于改进的非线性干扰观测器(NDO)和非线性信息增益滑模控制策略。利用预设性能函数(PPF)对误差的变换技术,将误差限定在规定范围... 为解决板球系统因受到外部负载扰动、摩擦力、交叉耦合干扰等不确定性扰动而跟踪精度不高的问题,提出一种基于改进的非线性干扰观测器(NDO)和非线性信息增益滑模控制策略。利用预设性能函数(PPF)对误差的变换技术,将误差限定在规定范围内,建立改进的NDO来估计不确定性扰动。运用精确的估计值来设计滑模控制器,滑模面包含一个修正项,可以降低扰动的影响,从而提高控制精度,并采用非线性信息增益设计自适应切换项增益,降低抖振的影响。最后,仿真表明改进的NDO能有效地估计扰动,改善了动态品质,所提控制方案提高了传统的NDO的控制精度和抗扰能力。 展开更多
关键词 板球系统 预设性能函数 非线性干扰观测器 不确定性扰动 滑模控制
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板球系统的非线性摩擦补偿控制 被引量:6
19
作者 王红睿 田彦涛 隋振 《吉林大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期788-794,共7页
为提高位置控制精度,提出了基于非线性观测器的板球系统摩擦非线性补偿控制方法。在扩展的系统状态空间中构造了非线性状态观测器估计摩擦力。由输入输出精确反馈线性化和最优控制理论设计了考虑摩擦补偿的镇定位置控制器。根据变结构... 为提高位置控制精度,提出了基于非线性观测器的板球系统摩擦非线性补偿控制方法。在扩展的系统状态空间中构造了非线性状态观测器估计摩擦力。由输入输出精确反馈线性化和最优控制理论设计了考虑摩擦补偿的镇定位置控制器。根据变结构控制理论设计了可精确消除摩擦的跟踪位置控制器。仿真结果说明了上述摩擦非线性补偿控制方法的可行性。镇定控制实验表明非线性摩擦补偿控制明显减小了稳态位置偏差。跟踪控制实验表明摩擦补偿控制明显提高了轨迹跟踪控制精度。 展开更多
关键词 自动控制技术 摩擦补偿 非线性控制 状态观测器 板球系统 扩展卡尔曼滤波器
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基于输出延时观测器的板球系统滑模控制
20
作者 鲍成 余成龙 +2 位作者 舒满征 单家正 邱雨 《现代机械》 2024年第4期89-93,共5页
板球系统由于传感器迟滞效应会导致小球位移和速度信号的测量延时,进而产生轨迹跟踪误差。为解决这一问题,提出了一种基于输出延时观测器的滑模控制方法。利用牛顿定律和拉格朗日方程,对板球系统进行动力学分析得出状态方程,简化后得到... 板球系统由于传感器迟滞效应会导致小球位移和速度信号的测量延时,进而产生轨迹跟踪误差。为解决这一问题,提出了一种基于输出延时观测器的滑模控制方法。利用牛顿定律和拉格朗日方程,对板球系统进行动力学分析得出状态方程,简化后得到系统线性化模型。据此设计输出延时观测器,通过稳定性条件方程确保观测器的稳定性。设计并分析了滑模控制器,通过Lyapunov函数保证系统的收敛性,基于此设计具有固定测量延时观测器的滑模控制器。最后通过MATLAB软件中的Simulink环境进行仿真,结果表明,该控制器使得系统具有良好的轨迹跟踪性能。 展开更多
关键词 板球系统 延时观测器 滑模控制 轨迹跟踪 MATLAB仿真
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