自适应模糊PID控制在倒立摆系统中的应用

本文在倒立摆系统的非线性动力学数学模型基础上，设计了一种自适应模糊PID控制器，对PID参数进行动态整定，并对一级倒立摆系统进行了控制研究。通过Simulink仿真实验表明，与传统PID控制方法相比较，其响应速度和超调量等性能指标得到显著改善。     

基于 FPGA 的倒立摆模糊 PID 控制器设计实现

在 FPGA 上设计部署模糊自适应 PID 算法,并针对典型的自动控制对象——直线倒立摆完成稳摆控制,以验证该算法的硬件可实现性。在直线倒立摆模型基础上,运用模糊控制理论对 PID 参数进行自适应整定,再根据模糊 PID 处理过程,结合离散 PID 算法,采用半查表加半计算方式,在 Quartus II 及 Modelsim 平台上完成 Verilog HDL 的硬件编程设计与仿真。通过 Simulink 仿真比较可知,模糊自适应 PID 相对于经典 PID 控制的响应性能指标更优,最后基于 EP4CE6E22C8N 芯片,以较少的资源开销实现了控制器设计。基于 FPGA的模糊自适应 PID 控制器能够充分利用该器件特性,凸显模糊自适应 PID 算法优势,实现对倒立摆的实时控制。     

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。     

基于52单片机的旋转倒立摆的研究和设计

提出了基于52单片机和PID控制算法采用角位移传感器控制直流力矩电机的旋转倒立摆的设计方案.实验表明该倒立摆系统稳定、结构简单、成本低、控制容易,实现摆角超过-60度到60度及整个圆周运动,当摆杆处于倒立姿态时施加外力干扰,能在5s内恢复倒立,并且保持倒立时间超过10s.     

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。     

自立倒立摆系统的自摆起及稳定控制

首先基于拉格朗日方程建立了自立倒立摆系统的数学模型,然后采用线性二次型最优控制与PD控制相结合的控制方法,并通过设计开关控制来实现2个控制器的切换,最终实现对倒立摆系统的自摆起和稳定控制。     

二轴倒立摆系统的平衡控制研究

以固高GIP-200L二轴倒立摆实验系统为对象,研究了二轴倒立摆系统的平衡控制问题。首先利用拉格朗日方法建立了二轴倒立摆系统的数学模型,利用极点配置方法进行控制器设计,然后在Matlab环境下利用Simulink对倒立摆系统进行了非线性仿真研究。实验结果表明本文所设计的控制器能够达到倒立摆系统的平衡控制要求。     

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。     

自动控制原理创新实践教学探究——以基于STM32的一阶旋转倒立摆实验装置设计为例

结合创新课程需要,以提高自动化类学生的理论结合实践能力为出发点,基于STM32设计并制作了一阶旋转倒立摆实验装置。该装置采用并级双闭环PID控制策略,一个控制旋转臂角度,一个控制摆杆倒立角度,实现了对一阶旋转倒立摆的起摆和稳摆控制(起摆时间为3 s,受扰动后的调节时间为0.4 s),并给出了一阶旋转倒立摆装置的总体设计方案、硬件电路和软件设计过程。实践表明,该装置搭建方便,易于理解和掌握知识点,适合于自动化类学生学习使用,可以有效调动学生的学习积极性,培养其深入思考能力,激发其创新思维。     

基于STM32和增量PID的旋转倒立摆的设计

旋转倒立摆系统应用广泛,但是传统设计中存在成本较高、功耗较大等问题.针对该难题,提出利用32位低功耗嵌入式芯片STM32作为主控制器、以增量PID和惯性起摆为控制算法的解决思路.通过连续多次采样角度传感器WDX35D,STM32将获取的数值进行增量PID计算并产生PWM信号,使BTS7960能够快速、平滑地驱动伺服电机,实现摆杆进入稳定的倒立状态.实践表明,该倒立摆稳定、可靠、运行平滑、抗干扰能力强,具有低成本、低功耗等优点.     

基于ELVIS的倒立摆二次型最优控制实验系统设计

基于NI-ELVISⅡ虚拟仪器实验平台设计开发了倒立摆平衡控制实验系统。首先分析了倒立摆的控制原理,建立了倒立摆控制系统的数学模型,设计了二次型最优控制器;然后在LabVIEW环境中,设计了倒立摆平衡控制实验的前面板,并进行了仿真和实验研究。实验结果表明:该倒立摆实验系统具有良好的创新性,利用此系统学生可以自行开发不同的控制方法,从而激发学生学习控制理论的兴趣,调动学生的主动性,进一步提高实验教学质量。     

一阶倒立摆的 PID 控制

倒立摆系统是自动控制理论课的理想实验对象，本文介绍了一阶倒立摆系统的构成和数学模型，设计了PID控制器，在MATLAB环境下进行仿真，并在实验装置上进行了实验。     

虚拟倒立摆实验系统的设计

设计一个虚拟倒立摆实验系统,用于自动化专业基础课的课堂演示和实验教学。首先,在Simulink环境下,建立倒立摆基于状态观测器的反馈控制系统仿真模型;然后,利用Pro/ENGINEER和3DMAX软件建立倒立摆虚拟现实仿真模型;最后,借助于MATLAB虚拟现实工具箱对虚拟倒立摆进行可视化控制,实现虚拟场景和Simulink模型的联合仿真,可以直观地观察控制效果。     

远程斜支架倒立摆算法控制

提出利用算法控制算法,实现了校园内远程控制实验对象--斜支架倒立摆系统的起摆及稳摆控制.建立了斜支架倒立摆系统的数学模型,设计了模糊控制器,并对该系统进行了计算机仿真,通过远程的数据传递,将该控制算法用于实际的被控对象中.实验证明,该算法有很好的控制效果.     

基于输出反馈控制的二级倒立摆系统

由于直线二级倒立摆系统中,小车和倒立摆速度不能直接测量,所以尝试采用基于输出反馈控制器的鲁棒H∞控制方法对二级倒立摆进行控制。首先,利用Lyapunov稳定性理论并结合LMI技术进行输出反馈控制器的设计,然后在Matlab环境下对倒立摆系统进行仿真研究。实验结果表明,本文所设计的输出反馈控制器是令人满意的。     

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。     

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。     

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。     

基于固定时间降维观测器的倒立摆最优镇定控制

对具有非线性、多变量特性的一阶倒立摆系统镇定控制问题进行研究.设计一种基于固定时间降维观测器的最优镇定控制算法.针对实际的倒立摆速度信息与角速度信息不可测的问题，设计固定时间降维观测器，在降低观测器系统维数的同时，相较于传统的固定时间算法，其观测误差收敛时间可以任意配置，且与系统初值无关；设计最优控制性能指标函数并调节指标权重，结合降维观测器的状态反馈，实现倒立摆LQR最优镇定控制.Matlab仿真结果表明，该观测器算法与控制策略具有一定的有效性.通过中科深谷的一级倒立摆实物平台验证了该算法的实用性.     

基于2-dof机械臂的平面倒立摆的建模与分析

倒立摆是控制领域一个经典的实验对象,其系统本身是计算机、机器人、传感器、控制等多种技术的有机结合。由于倒立摆系统本身具有不稳定性、高阶次、多变量、非线性和强耦合等特性,对其进行控制可以形象直观的反映控制器的控制效果。倒立摆作为一个典型的教学和研究设备,可以用于实现各种已有的控制理论和方法,也可以作为新的理论和控制方法的检验工具。同时,倒立摆控制和火箭的姿态控制以及步行机器人的稳定控制有很多相似之处,基于倒立摆实验产生的理论和方法在实际中也将有很多应用。本论文对基于2-DOF（Degree of freedom）倒立摆进行了运动学和动力学分析,得到它的状态方程。