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环形倒立摆控制系统的设计和仿真

环形倒立摆控制系统的设计和仿真

作者：谢冬菊西南石油大学

学位级别：硕士

倒立摆系统是一种典型的多变量、非线性、强耦合、高阶次的自然不稳定系统,它的控制目标就是实现倒立摆系统各摆杆的平衡,使之没有过大震荡,并在加入随机扰动的情况下系统能够在扰动消失后迅速恢复到平衡状态。倒立摆系统的这种特性,使... 详细信息

倒立摆系统是一种典型的多变量、非线性、强耦合、高阶次的自然不稳定系统,它的控制目标就是实现倒立摆系统各摆杆的平衡,使之没有过大震荡,并在加入随机扰动的情况下系统能够在扰动消失后迅速恢复到平衡状态。倒立摆系统的这种特性,使它成为进行控制理论研究的理想实验平台。据此,本文在实验室环境下研究了二级倒立摆控制系统的设计仿真和一级倒立摆的控制系统设计。本文的主要研究工作如下：首先通过分析倒立摆系统的特性,根据欧拉-拉格朗日原理及其牛顿力学分析方法建立了环形一级和二级倒立摆系统的数学模型,并对倒立摆系统的能控性、能观性、相对能控性以及稳定性进行定性分析。其次围绕环形二级倒立摆系统,研究了倒立摆控制方法。包括LQR控制、模糊控制和LQR-模糊复合控制方法。而后将这三种控制方法分别加入二级倒立摆Matlab仿真模型中,同时借助Matlab中的Simulink工具选择合适的参数,达到了良好的控制效果,实现了二级倒立摆控制系统的仿真。并对三种控制算法仿真结果进行了比较和分析。最后利用实验室的一级倒立摆实物系统,进行了一级倒立摆实物LQR控制实验。实物控制的成功进一步证明了本文设计的LQR控制器有很好的稳定性、鲁棒性和适应性。本文成功实现了环形倒立摆系统的仿真研究,其控制理论可广泛应用于各控制领域,具有重要的现实意义。

关键词：环形倒立摆 LQR控制模糊控制状态变量合成

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旋转式倒立摆的状态变量合成模糊控制

北京联合大学学报 2006年第4期20卷 15-18页

作者：李红星骆柄璋李刚阳北京联合大学自动化学院北京100101 上海磁浮交通发展有限公司上海201204

旋转式倒立摆结构简单而模型复杂,采用信息融合的状态变量合成方法,将多变量输入合成为二个输入变量,设计了一种结构简单的模糊控制器。仿真实验结果表明了该方法的有效性,并用于旋转式倒立摆实现了有效的实时控制。

关键词：旋转式倒立摆状态变量合成模糊控制器

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状态变量合成三级倒立摆模糊神经网络控制

控制工程 2004年第1期11卷 36-38页

作者：洪晓英崔桂梅秦力舒王建良包头钢铁学院自动化系内蒙古包头014010

为解决模糊神经网络在控制多变量系统时的规则组合爆炸问题,提出了用状态变量合成模糊神经网络控制三级倒立摆的方法。该方法既能解决具有快速、强非线性、绝对不稳定系统的控制问题,又能适用对状态变量可按性质和类型分类的多变量系统... 详细信息

为解决模糊神经网络在控制多变量系统时的规则组合爆炸问题,提出了用状态变量合成模糊神经网络控制三级倒立摆的方法。该方法既能解决具有快速、强非线性、绝对不稳定系统的控制问题,又能适用对状态变量可按性质和类型分类的多变量系统的控制,大大减少了模糊神经网络控制器的规则数,有利于利用专家的控制经验。实验结果证实了该方法的控制效果好,鲁棒性强。

关键词：模糊神经网络状态变量合成三级倒立摆鲁棒性模糊控制

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冶金自动化 2003年第S1期27卷 300-304页

作者：崔桂梅洪晓英秦力舒王建良包头钢铁学院自动化系包头钢铁学院自动化系内蒙古包头 014010

为解决模糊神经网络在控制多变量系统时的规则组合爆炸问题并同时获得最佳结构和参数，结合SCNN训练竞争出最佳模糊标记数以及改进的遗传算法优化网络的权值，提出SCNN优化的用状态变量合成模糊神经网络控制二级倒立摆。该方法既能解决... 详细信息

为解决模糊神经网络在控制多变量系统时的规则组合爆炸问题并同时获得最佳结构和参数，结合SCNN训练竞争出最佳模糊标记数以及改进的遗传算法优化网络的权值，提出SCNN优化的用状态变量合成模糊神经网络控制二级倒立摆。该方法既能解决具有快速、强非线性、绝对不稳定系统的控制问题，又能对状态变量可按性质和类型分类的多变量系统，大大减少模糊神经网络控制器的规则数，有利于利用专家的控制经验。实验结果证实该方法的控制效果好，鲁棒性强。

关键词：模糊神经网络二级倒立摆状态变量合成遗传算法自组织竞争神经网络

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状态变量合成的三级倒立摆的模糊神经网络控制

全国冶金自动化信息网2003年年会

作者：崔桂梅洪晓英秦力舒王建良包头钢铁学院自动化系内蒙古包头014010

为解决模糊神经网络在控制多变量系统时的规则组合爆炸问题并同时获得最佳结构和参数,结合SCNN训练竞争出最佳模糊标记数以及改进的遗传算法优化网络的权值,提出SCNN优化的用状态变量合成模糊神经网络控制二级倒立摆.该方法既能解决具... 详细信息

为解决模糊神经网络在控制多变量系统时的规则组合爆炸问题并同时获得最佳结构和参数,结合SCNN训练竞争出最佳模糊标记数以及改进的遗传算法优化网络的权值,提出SCNN优化的用状态变量合成模糊神经网络控制二级倒立摆.该方法既能解决具有快速、强非线性、绝对不稳定系统的控制问题,又能对状态变量可按性质和类型分类的多变量系统,大大减少模糊神经网络控制器的规则数,有利于利用专家的控制经验.实验结果证实该方法的控制效果好,鲁棒性强.

关键词：模糊神经网络控制倒立摆状态变量合成遗传算法

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状态变量合成的三级倒立摆的模糊神经网络控制

全国(第八届)自动化应用技术学术交流会

作者：崔桂梅洪晓英秦力舒王建良包头钢铁学院自动化系(内蒙古包头)

关键词：模糊神经网络二级倒立摆状态变量合成遗传算法自组织竞争神经网络

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状态变量合成的三级倒立摆的模糊神经网络控制

全国冶金企业计控网络化研讨会

作者：崔桂梅洪晓英秦力舒王建良包头钢铁学院自动化系包头钢铁学院自动化系包头钢铁学院自动化系包头钢铁学院自动化系

为解决模糊神经网络在控制多变量系统时的规则组合爆炸问题并同时获得最佳结构和参数,结合SCNN训练竞争出最佳模糊标记数以及改进的遗传算法优化网络的权值,提出SCNN优化的用状态变量合成模糊神经网络控制二级倒立摆。该方法既能解决具... 详细信息

为解决模糊神经网络在控制多变量系统时的规则组合爆炸问题并同时获得最佳结构和参数,结合SCNN训练竞争出最佳模糊标记数以及改进的遗传算法优化网络的权值,提出SCNN优化的用状态变量合成模糊神经网络控制二级倒立摆。该方法既能解决具有快速、强非线性、绝对不稳定系统的控制问题,又能对状态变量可按性质和类型分类的多变量系统,大大减少模糊神经网络控制器的规则数,有利于利用专家的控制经验。实验结果证实该方法的控制效果好, 鲁棒性强。

关键词：模糊神经网络二级倒立摆状态变量合成遗传算法自组织竞争神经网络

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四级倒立摆的状态变量合成模糊神经网络控制

计算机测量与控制 2003年第6期11卷 435-438页

作者：李莉任洪亮李福义哈尔滨工程大学自动化学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学动力与核能工程学院黑龙江哈尔滨150001

文章给出了四级倒立摆系统的硬件组成 ,分析了四级倒立摆的系统结构、建立了数学模型。分析了系统的可控性、可观测性 ,给出了一种基于状态变量合成的模糊神经网络控制控制方法。在实践中证明该方法可行 ,成功地立起四级倒立摆。

关键词：现代控制理论四级倒立摆状态变量合成模糊神经网络模糊控制数学模型

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倒立摆系统LQR—模糊控制算法研究

倒立摆系统LQR—模糊控制算法研究

作者：宋西蒙西安电子科技大学

学位级别：硕士

本文围绕三级倒立摆系统,主要采用LQR--模糊控制理论研究了倒立摆的控制系统仿真和实物系统控制问题。倒立摆系统是一个典型的多变量、非线性、强耦合和快速运动的自然不稳定系统。因此倒立摆在研究双足机器人直立行走、火箭发射过程的... 详细信息

本文围绕三级倒立摆系统,主要采用LQR--模糊控制理论研究了倒立摆的控制系统仿真和实物系统控制问题。倒立摆系统是一个典型的多变量、非线性、强耦合和快速运动的自然不稳定系统。因此倒立摆在研究双足机器人直立行走、火箭发射过程的姿态调整和直升机飞行控制领域中有重要的现实意义,相关的科研成果已经应用到航天科技和机器人学等诸多领域。本文设计思想是:借助于系统的线性化模型设计三级倒立摆系统模糊控制器,这种方法将线性系统理论与模糊控制技术相结合,将单一的复杂控制策略转化为多级控制策略嵌套,大大简化了三级倒立摆系统模糊控制器的设计步骤。仿真与实物实验证明了本文设计的LQR--模糊控制器有很好的稳定性、鲁棒性和适应性。主要研究工作如下: 建立了三级倒立摆实物系统的数学模型,并对倒立摆系统进行了定性分析。从而证明了倒立摆系统开环是不稳定的,但在平衡点是能控的和能观的,同时指出三级倒立摆的相对能控度很小,说明其很难控制。进行了倒立摆系统的LQR控制方法研究。运用最优控制理论,探讨了加权矩阵Q和R的选取方法。介绍了如何利用Matlab建立倒立摆系统模型,进行了三级倒立摆的LQR控制器的设计与仿真,并利用Simulink5.0建立了二级倒立摆的LQR控制模型,实现了二级倒立摆实物系统控制。给出了二级倒立摆稳定时和受干扰时各状态变量的响应曲线和控制量曲线以及倒立摆稳定时的照片。进行了LQR—模糊控制方法的研究。运用最优控制方法设计了最优状态变量合成函数,减少模糊控制器的输入变量维数,成功解决了“规则爆炸”问题。研究了量化因子对控制效果的影响,通过设置阈值使量化因子可以自动切换,进而提升了模糊控制器的性能品质。利用Matlab和Simulink工具进行了三级倒立摆模糊控制系统的仿真研究。该工具使模型的建立更具灵活性,给仿真带来很大方便,从而成功实现了多种情况下的三级倒立摆LQR--模糊控制的仿真。仿真结果证明: LQR--模糊控制器不仅可以稳定倒立摆系统,还具有定位功能。

关键词：倒立摆模糊控制状态变量合成计算机控制