基于Lagrange方程建模的单级旋转倒立摆控制 被引量：20

1

作者 吴爱国 张小明 张钊 《中国工程科学》 2005年第10期11-15,共5页

介绍一种新型单级旋转倒立摆系统的构成,通过对其动力学特性的分析建立了基于Lagrange方程的数学模型。在平衡点附近给出系统的线性化模型,对系统的稳定性、能控性和能观性进行了分析。利用线性二次型最优控制策略LQR方法设计了控制器,... 介绍一种新型单级旋转倒立摆系统的构成,通过对其动力学特性的分析建立了基于Lagrange方程的数学模型。在平衡点附近给出系统的线性化模型,对系统的稳定性、能控性和能观性进行了分析。利用线性二次型最优控制策略LQR方法设计了控制器,并在仿真实验和实物实验中实现了倒立摆的平衡控制。实验表明,系统稳定性好、鲁棒性较强。 展开更多

关键词 旋转倒立摆 LAGRANGE方程 最优控制策略LQR

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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

2

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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基于果蝇优化算法的PID控制器设计与应用 被引量：15

3

作者 赵晓军 刘成忠 胡小兵 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期3729-3734,共6页

针对传统的Z-N法得到的PID参数,难以获得最优的控制性能,提出一种基于果蝇优化算法的PID控制器参数优化的方法。果蝇优化算法具有控制参数少、实现简单和优化性能良好的优点,运用此算法设计出PID控制器,与Z-N法和遗传算法设计的PID控制... 针对传统的Z-N法得到的PID参数,难以获得最优的控制性能,提出一种基于果蝇优化算法的PID控制器参数优化的方法。果蝇优化算法具有控制参数少、实现简单和优化性能良好的优点,运用此算法设计出PID控制器,与Z-N法和遗传算法设计的PID控制器进行比较。仿真结果表明:果蝇优化算法的PID控制器比Z-N法和遗传算法的PID控制器所得结果更优,比遗传算法具有较快的收敛速度,并应用于环形一级倒立摆系统的稳定控制问题,达到较好的控制效果。 展开更多

关键词 果蝇优化算法 PID控制器 参数整定 环形倒立摆

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环形一级倒立摆摆起及稳定控制研究 被引量：12

4

作者 王东亮 刘斌 张曾科 《微计算机信息》 北大核心 2007年第02S期1-2,14,共3页

本文通过拉格朗日方程推导出环形一级倒立摆系统的数学模型,用能量方法对该模型进行摆起控制;在倒立摆成功摆起后,在倒立平衡点对系统模型进行线性化,并用线性二次型最优控制(LQR)算法对倒立摆线性化模型进行稳定控制。仿真结果表明本... 本文通过拉格朗日方程推导出环形一级倒立摆系统的数学模型,用能量方法对该模型进行摆起控制;在倒立摆成功摆起后,在倒立平衡点对系统模型进行线性化,并用线性二次型最优控制(LQR)算法对倒立摆线性化模型进行稳定控制。仿真结果表明本文给出的控制方法是有效的。 展开更多

关键词 环形倒立摆 摆起控制 稳定控制 线性二次型最优控制

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基于MATLAB倒立摆可视化建模仿真与控制 被引量：13

5

作者 张新荣 马杰 +1 位作者 张才斗 吴学前 《计算机工程与设计》 北大核心 2018年第10期3214-3219,共6页

针对复杂机械系统进行控制算法设计时被控对象建模困难问题,提出一种可视化建模方法,使用三维建模软件Pro/E与SimMechanics工具箱联合建模方法缩短建模周期并提高评判控制效果的直观性。以环形倒立摆系统为被控对象,采用联合建模方法,借... 针对复杂机械系统进行控制算法设计时被控对象建模困难问题,提出一种可视化建模方法,使用三维建模软件Pro/E与SimMechanics工具箱联合建模方法缩短建模周期并提高评判控制效果的直观性。以环形倒立摆系统为被控对象,采用联合建模方法,借助Matlab/Simulink软件,设计基于PID和极点配置法两种控制方案的仿真平台,以Simulink实时控制系统为工具完成实验验证。仿真结果表明,该方法对被控对象模型的建立相对更方便、更准确,仿真过程更直观,有较好的仿真、实验效果。 展开更多

关键词 可视化建模 环形倒立摆 建模 仿真 控制 实验

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基于动态查询表的模糊控制策略及其应用 被引量：9

6

作者 刘晟 陈杰 +1 位作者 龚志豪 白明 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第3期347-350,共4页

研究基于动态查询表的模糊控制策略及其在转臂式倒立摆中的应用 .采用一种新的倒立摆系统的控制方法 ,将传感器检测的倒立摆的两个角度信息传送到控制器 ,控制器利用该信息的模糊化量按基于动态查询表的模糊控制策略进行实时计算 ,由得... 研究基于动态查询表的模糊控制策略及其在转臂式倒立摆中的应用 .采用一种新的倒立摆系统的控制方法 ,将传感器检测的倒立摆的两个角度信息传送到控制器 ,控制器利用该信息的模糊化量按基于动态查询表的模糊控制策略进行实时计算 ,由得出的控制量控制力矩电机驱使摆杆运动 ,从而使摆臂处于动态的直立状态 .采用 C++语言实现了对倒立摆的控制 .实验结果表明 ,这种控制方式能够提高系统的控制精度 . 展开更多

关键词 模糊控制 动态查询表 转臂式倒立摆 非线性系统

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环形单级倒立摆起摆控制研究 被引量：10

7

作者 张姝 朱善安 《江南大学学报（自然科学版）》 CAS 2004年第5期482-485,共4页

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.

关键词 环形倒立摆 运动方程 起摆控制 能量补偿

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基于PID双闭环的旋转倒立摆控制系统 被引量：10

8

作者 佟远 张莎 《测控技术》 CSCD 2016年第8期85-88,共4页

针对倒立摆多变量、非线性和强耦合性等特性,设计并制作了基于PID双闭环的旋转倒立摆控制系统。以STM32控制器为主控核心,光电编码器为传感器,搭建了系统的硬件部分。软件部分主要包括起摆算法和稳摆算法,起摆算法基于能量补偿,稳摆算... 针对倒立摆多变量、非线性和强耦合性等特性,设计并制作了基于PID双闭环的旋转倒立摆控制系统。以STM32控制器为主控核心,光电编码器为传感器,搭建了系统的硬件部分。软件部分主要包括起摆算法和稳摆算法,起摆算法基于能量补偿,稳摆算法采用PID双闭环。在系统实物上的实验结果验证了系统控制方案的可行性和良好的控制性能。 展开更多

关键词 旋转倒立摆 PID双闭环 STM32 光电编码器

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基于Lagrange方程建模的旋转倒立摆的分析与控制 被引量：5

9

作者 张姝 朱善安 《工业控制计算机》 2003年第8期30-32,共3页

本文通过对旋转倒立摆的动力学特性分析建立了基于Lagrange方程的数学模型,然后应用线性二次型最优控制策略设计控制器,最后在Windows2000平台下控制旋转倒立摆稳定在倒立状态。

关键词 旋转倒立摆 动力学特性分析 LAGRANGE方程 建模 数学模型 最优控制策略

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基于微分平坦的旋转倒立摆双闭环抗扰PID控制 被引量：6

10

作者 程前 李赫然 +2 位作者 聂卓赟 邵辉 郑义民 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期284-291,共8页

针对一类不稳定、欠驱动二自由度旋转倒立摆系统,提出一种基于微分平坦的双闭环抗扰PID控制方法。首先,建立倒立摆的非线性动力学模型,利用近似线性化分析系统的不稳定零动态与非最小相位特性;然后,结合微分平坦理论,设计倒立摆平坦输出... 针对一类不稳定、欠驱动二自由度旋转倒立摆系统,提出一种基于微分平坦的双闭环抗扰PID控制方法。首先,建立倒立摆的非线性动力学模型,利用近似线性化分析系统的不稳定零动态与非最小相位特性;然后,结合微分平坦理论,设计倒立摆平坦输出,重构系统平坦状态,并建立平坦状态与角度输出之间的转化关系,克服倒立摆的非最小相位影响;进一步,针对微分平坦系统,设计抗扰PID双闭环控制结构和带宽化调节方法,在主动抗扰机制下实现对摆杆角度与悬臂角度的精准控制;最后,通过仿真与实验,验证所提方法的有效性和实用性。所提方法为欠驱动系统提供了一种结构简单、抗扰能力强的控制方案。 展开更多

关键词 旋转倒立摆 微分平坦 不稳定零动态 抗扰PID 欠驱动

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基于MATLAB的旋转倒立摆建模和控制仿真 被引量：7

11

作者 谢友强 戴福全 高学山 《工业控制计算机》 2021年第3期46-47,49,共3页

旋转倒立摆作为一个欠驱动、强耦合和不稳定的非线性系统,一直被视为研究控制理论的理想平台。利用MATLAB的S函数与SimMechanics功能建立了旋转倒立摆动力学模型,并就其控制问题进行了仿真研究。通过Lagrange方程对旋转倒立摆动力学特... 旋转倒立摆作为一个欠驱动、强耦合和不稳定的非线性系统,一直被视为研究控制理论的理想平台。利用MATLAB的S函数与SimMechanics功能建立了旋转倒立摆动力学模型,并就其控制问题进行了仿真研究。通过Lagrange方程对旋转倒立摆动力学特性进行了分析,获得了旋转倒立摆动力学的数学模型,并以此建立了S函数模型。此外,再通过SimMechanics建立了旋转倒立摆的物理仿真模型。在两种模型基础上,利用PID算法设计了控制器,实现了倒立摆的平衡控制。两种不同建立方式得到的仿真模型输出曲线完全一致,通过相互验证证明了模型的正确性。 展开更多

关键词 旋转倒立摆 LAGRANGE方程 SIMMECHANICS S函数 动力学模型

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基于PID算法的旋转倒立摆实验教学平台研究 被引量：7

12

作者 千承辉 胡鹤 +2 位作者 孙慧慧 刘鸿石 白杨 《实验室科学》 2016年第4期35-37,共3页

开发了一套基于PID控制算法的实验教学平台,由电机、编码器的硬件架构及驱动电路、ARM内核片上系统、PID算法和上位机仿真软件等组成。平台能够仿真上位机算法并选择最佳运动状态的PID参数,片上系统产生控制信号驱动倒立摆的电机验证其... 开发了一套基于PID控制算法的实验教学平台,由电机、编码器的硬件架构及驱动电路、ARM内核片上系统、PID算法和上位机仿真软件等组成。平台能够仿真上位机算法并选择最佳运动状态的PID参数,片上系统产生控制信号驱动倒立摆的电机验证其结果,上位机实时显示相关参数及运动状态。经实践教学,学生在平台中通过独立完成对PID控制算法计算和查看倒立摆的运转。同时该平台能调动学生兴趣,提高实践动手能力,有助于深化理论教学,让实验不再是乏味无趣的一门课程。 展开更多

关键词 PID控制 实验教学 旋转倒立摆 ARM控制器

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旋转倒立摆虚拟仿真模型构建与验证 被引量：6

13

作者 任桢 林都 李静 《现代电子技术》 北大核心 2019年第6期60-64,共5页

为了解决旋转倒立摆在理论建模与工程应用之间存在偏差的问题,提出一种基于Matlab虚拟仿真与试验数据相结合的建模方法,并使用实物验证模型建立的有效性。通过Solidworks与Matlab连接得到倒立摆刚体模型,在SimMechan-ics内添加机电部分... 为了解决旋转倒立摆在理论建模与工程应用之间存在偏差的问题,提出一种基于Matlab虚拟仿真与试验数据相结合的建模方法,并使用实物验证模型建立的有效性。通过Solidworks与Matlab连接得到倒立摆刚体模型,在SimMechan-ics内添加机电部分,线性化得到系统在不稳定平衡点的理想模型。在实物试验基础上辨识系统参数,得到仿真模型。在模型基础上研究了倒立摆的起摆与稳摆算法。试验结果表明,虚拟仿真模型可以直观显示与记录系统变量变化情况,与实物结构对比,整体响应与实际倒立摆差距很小。 展开更多

关键词 旋转倒立摆 刚体建模 虚拟仿真 SIMMECHANICS 系统辨识 试验验证

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一级旋转倒立摆及其控制装置的研究与实现 被引量：6

14

作者 王来志 杨雨浓 《西南师范大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2016年第8期145-150,共6页

通过拉格朗日方程推导出一级旋转倒立摆系统的数学模型,起摆运动部分利用雅普诺夫方程分析,以摆杆势能偏差作为调控量对系统进行闭环控制,使系统摆杆运动受控,在倒立摆成功摆起后,在倒立摆非稳定平衡点处对系统模型进行线性化,并采用双... 通过拉格朗日方程推导出一级旋转倒立摆系统的数学模型,起摆运动部分利用雅普诺夫方程分析,以摆杆势能偏差作为调控量对系统进行闭环控制,使系统摆杆运动受控,在倒立摆成功摆起后,在倒立摆非稳定平衡点处对系统模型进行线性化,并采用双闭环PID算法对倒立摆模型旋臂位置和摆臂位置进行稳定控制,并使用32位MCU搭建实验平台进行实际验证.结果表明,该控制方法可以实现旋臂静止和摆臂稳定于非稳定平衡点的效果. 展开更多

关键词 旋转倒立摆 拉格朗日-欧拉法 双闭环PID

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基于动态设计变量优化算法的非线性模型参数估计 被引量：4

15

作者 么健石 侯祥林 徐心和 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第2期106-109,共4页

为消除在传统非线性模型参数估计中由于线性化引起的模型误差,提出了一种基于动态设计变量优化的非线性模型参数估计算法·该算法以每个待估计的参数为设计变量,以与设计变量相关的误差函数为目标函数,并将参数约束条件构造在目标... 为消除在传统非线性模型参数估计中由于线性化引起的模型误差,提出了一种基于动态设计变量优化的非线性模型参数估计算法·该算法以每个待估计的参数为设计变量,以与设计变量相关的误差函数为目标函数,并将参数约束条件构造在目标函数中,建立参数估计的最优化问题·针对圆形轨道倒立摆动力学模型进行参数估计,证明该算法具有很高的计算精度和较快的收敛速度,是解决非线性模型参数估计的有效方法之一· 展开更多

关键词 动态设计变量 优化算法 非线性模型 参数估计 圆轨倒立摆

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基于ESO的旋转倒立摆全局终端滑模控制（英文） 被引量：5

16

作者 刘薇 郝彬 王跃灵 《控制工程》 CSCD 北大核心 2018年第1期106-111,共6页

旋转倒立摆系统具有非线性、多变量、非最小相位和欠驱动等特点，这些特点为该系统的控制设计提出了诸多挑战性的问题。针对旋转倒立摆系统提出了一种基于扩张状态观测器（ESO）的全局快速终端滑模控制器（ESO—GTSMC），保证旋转臂对... 旋转倒立摆系统具有非线性、多变量、非最小相位和欠驱动等特点，这些特点为该系统的控制设计提出了诸多挑战性的问题。针对旋转倒立摆系统提出了一种基于扩张状态观测器（ESO）的全局快速终端滑模控制器（ESO—GTSMC），保证旋转臂对期望轨迹的跟踪和摆杆在竖直方向的稳定。该控制器结合了滑模控制器系统鲁棒性好及设计简便的优点，运用快速终端滑模思想及全局动态滑模设计提高了系统的动态性能，同时利用扩张状态观测器来估计系统存在的实时外部干扰和内部参数不确定性并补偿给控制输入，提升了系统的抗干扰能力。仿真结果证明，所设计控制器的稳定性及动态性能优于传统的滑模控制器及最优控制器。 展开更多

关键词 旋转倒立摆 全局终端滑模控制 扩张状态观测器 外部扰动

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基于干扰观测器的倒立摆自适应滑模控制及仿真研究(英文) 被引量：4

17

作者 王洪斌 姚洪磊 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第6期1476-1480,共5页

旋转二级倒立摆是一种非线性、强耦合的复杂不稳定的欠驱动系统,在已建立的倒立摆数学模型的基础上,提出了一种基于干扰观测器的离散自适应滑模控制算法,针对系统的内部参数变化和外部扰动,利用干扰观测器对系统的不确定因素进行了动态... 旋转二级倒立摆是一种非线性、强耦合的复杂不稳定的欠驱动系统,在已建立的倒立摆数学模型的基础上,提出了一种基于干扰观测器的离散自适应滑模控制算法,针对系统的内部参数变化和外部扰动,利用干扰观测器对系统的不确定因素进行了动态补偿,同时结合自适应算法降低系统的抖振,与未采用干扰观测器的传统自适应滑模控制律的仿真结果进行对比,可以看出,采用改进的控制算法大大降低了系统的抖振和超调,改善了系统的动态性能,得到更好的控制效果。 展开更多

关键词 干扰观测器 自适应 离散变结构 旋转倒立摆 仿真研究

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粒子群优化LQR控制器在环形倒立摆中的应用 被引量：3

18

作者 陈忠孝 刘盼盼 孙世明 《西安工业大学学报》 CAS 2014年第10期856-860,共5页

为解决环形倒立摆控制中试探法难以确定LQR控制器最优Q和R矩阵的问题,采用Bang-Bang法对倒立摆进行了起摆控制,利用拉格朗日法建立了垂直位置附近的线性化模型.采用LQR进行了平衡位置控制,采用粒子群算法优化了LQR控制器的加权矩阵.对... 为解决环形倒立摆控制中试探法难以确定LQR控制器最优Q和R矩阵的问题,采用Bang-Bang法对倒立摆进行了起摆控制,利用拉格朗日法建立了垂直位置附近的线性化模型.采用LQR进行了平衡位置控制,采用粒子群算法优化了LQR控制器的加权矩阵.对加入了噪声扰动的模型输出进行了卡尔曼滤波处理.仿真结果表明:基于粒子群的加权矩阵寻优算法可以迭代解算出Q和R的最优矩阵,粒子群LQR控制器可以提高系统鲁棒性,减小起摆时延,提高平衡位置稳定性. 展开更多

关键词 环形倒立摆 LQR控制器 粒子群 优化

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基于改进粒子群算法的旋转倒立摆PID参数整定 被引量：3

19

作者 贺迟来 徐晓龙 +2 位作者 钟晓伟 张业宝 李嘉颖 《自动化技术与应用》 2021年第12期10-15,共6页

针对旋转倒立摆PID参数整定耗时费力且精度低的问题,对旋转倒立摆实验系统PID参数整定展开了研究。利用MATLAB进行仿真,分别采用试凑法、粒子群算法和改进粒子群算法求取了旋转倒立摆的PID参数。实验结果表明,相比于试凑法,通过粒子群... 针对旋转倒立摆PID参数整定耗时费力且精度低的问题,对旋转倒立摆实验系统PID参数整定展开了研究。利用MATLAB进行仿真,分别采用试凑法、粒子群算法和改进粒子群算法求取了旋转倒立摆的PID参数。实验结果表明,相比于试凑法,通过粒子群算法得到的PID参数可使系统性能更优;改进后的粒子群算法寻优过程产生的超调量和达到收敛所需时间更小,得到的PID参数可进一步提高旋转倒立摆实验系统的性能。基于改进粒子群算法整定旋转倒立摆PID参数的方法在其他控制系统中也有参考价值。 展开更多

关键词 旋转倒立摆 PID参数整定 改进粒子群算法

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环形一级倒立摆系统单神经元PID控制仿真 被引量：3

20

作者 胡小兵 刘成忠 赵晓军 《甘肃农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第5期132-136,共5页

【目的】针对环形一级倒立摆的稳定控制问题,提出一种基于单神经元PID的控制算法.【方法】通过拉格朗日方法推导出环形一级倒立摆系统的数学模型,设计了单神经元PID控制器,该控制器不但结构简单,而且具有良好的自适应性和鲁棒性,并采用... 【目的】针对环形一级倒立摆的稳定控制问题,提出一种基于单神经元PID的控制算法.【方法】通过拉格朗日方法推导出环形一级倒立摆系统的数学模型,设计了单神经元PID控制器,该控制器不但结构简单,而且具有良好的自适应性和鲁棒性,并采用有监督Hebb学习规则对加权系数进行修正.在Matlab中的Simulink仿真平台下,分别使用单神经元PID控制、常规PID控制和LQR控制,对环形一级倒立摆进行控制仿真.【结果】单神经元PID控制较常规PID控制与LQR控制获得更好的控制效果,能够有效地解决环形一级倒立摆的控制问题. 展开更多

关键词 环形倒立摆 单神经元PID PID控制器 LQR控制器

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