倒立摆系统数学建模与PID控制器实现

针对多变量、非线性、强耦舍性的倒立摆系统,采用牛顿一欧拉法建立了其动力学方程,并进行了线性化处理,得到了状态空间模型,从而设计出一种传统PID控制方案,实现了对摆杆的稳定控制。最后在MATLAB环境下进行了计算机仿真,仿真结果表明,摆杆角度控制过程具有良好的动态性能和稳态性能,验证了建模的正确性和控制方案的有效性。     

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。     

平面二级倒立摆的线性二次最优控制

采用Lagrange方程建立了平面二级倒立摆的非线性动力学模型,将其在平衡位置附近进行线性化,得到系统在2个正交控制方向解耦的近似模型。根据最优控制理论设计了系统的线性二次最优调节器,并利用Visual C++6.0和Visual Basic 6.0实现了人机交互,实时控制在多媒体定时器中断服务函数内实现,自主搭建了一套平面二级倒立摆实验平台。系统成功实现稳摆控制,仿真及实验结果表明建立平面二级倒立摆解耦模型的合理性与控制算法的有效性。     

基于状态空间极点配置的倒立摆平衡控制

对GIP—100—L单轴倒立摆实验系统的平衡控制问题进行了研究。建立了系统的数学模型，运用状态空间全状态反馈权点配置方法设计控制器，在MATLAB上进行仿真，在实际系统上进行了调试，实现摆杆的平衡控制。仿真及实验结果表明本文的设计方法是有效的。     

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。     

一阶旋转倒立摆输出反馈控制

通过Lagrange方程建立倒立摆系统的模型,在平衡点处对模型线性化;由于摆杆及旋转臂的角速度不可测量,研究了一阶旋转倒立摆在不稳定平衡点处的状态观测器设计问题;分别采用极点配置和线性二次型最优控制策略设计了平衡控制器;采用能量控制策略设计了一阶旋转倒立摆的起摆控制器。采用Matlab/Simulink工具完成了仿真环节,并在实验中成功实现了对倒立摆的平衡控制和起摆控制,验证了平衡控制器和起摆控制器的有效性。该实验应用于自动控制相关课程教学,方便高效,具有较好的实验演示效果。     

基于Quanser平台的旋转单级倒立摆控制系统的研究与实现

倒立摆系统的稳定控制是控制理论中的典型问题,在倒立摆的控制过程中能够有效反映控制理论中的许多关键问题,如非线性、鲁棒性、跟踪问题等。文章基于Quanser平台,在Matlab/Simulink中搭建了旋转单级倒立摆实时控制系统,对其进行了建模分析,并设计了PID控制器。从仿真结果可以看出,PID控制器实时控制效果较好,倒立摆摆杆角度响应平滑,抖动小。     

倒立摆系统的模糊控制研究

当倒立摆的摆角和摆速在一定范围内变化时,分别采用三个模糊集"负、零、正",对倒立摆系统的数学模型方程进行模糊化,得到7条Sugeno型模糊规则,根据系统参数及摆角和摆速的值,得到对应模糊规则下倒立摆系统的数学模型方程,然后对每个区域选择期望的闭环极点,设计出极点配置状态反馈控制器,对倒立摆系统进行控制,仿真结果力证了此方法的有效性。     

基于信息融合的模糊控制算法在倒立摆系统中的应用

三级倒立摆系统有8个状态变量,直接设计模糊控制器必然会导致规则爆炸,推理时间过长,控制器的实时性难以满足系统快速性的要求。小车位移以及速度与摆杆角度及摆杆角速度存在很大的耦合关系,融合函数实现了将单一模糊控制策略转化为多级控制策略嵌套,实现输入变量的降维。实验结果表明基于信息融合的模糊控制算法使系统具有良好的动态特性和一定的鲁棒性。     

基于线性二次型最优控制策略的倒立摆实验系统搭建

以自动控制领域典型的实验、教研设备——倒立摆系统作为研究对象,在建立了倒立摆系统数学模型的基础上,采用线性二次型最优策略进行控制,并利用MFC实现了人机交互,自主搭建了一套直线型一级倒立摆实验系统。系统的成功起摆与保持倒立控制的实现,验证了建模的正确性与控制方式的有效性。