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《河北工业大学》 2005年
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单片机控制的二级倒立摆系统的研究

张建海  
【摘要】:作为一个自然不稳定系统,倒立摆一直被用作实时控制系统实验的控制设备。通过对它的研究不仅可以解决控制中的理论问题,还能将控制理论涉及的三个主要基础学科:力学、数学和电学(包含计算机)进行有机的综合应用。此外,在近代机械控制系统中,如航空航天上直升飞机、火箭发射、卫星发射及生活中的做体操、花样滑冰、单轮骑车等等,都存在类似于倒立摆的稳定控制问题。因此实现倒立摆系统稳定控制的研究对实际工程和现实生活有非常重要的意义。 本文首先对倒立摆的背景和研究现状作了总体介绍,简要的阐述了常见的控制算法。利用牛顿第二定律及相关的动力学原理建立二级倒立摆的数学模型,对小车和摆分别进行受力分析,并采用等效小车的概念进行线性化处理,并运用线性系统理论分析了这个系统的能控性,提出了应用状态反馈理论,通过极点配置实现对倒立摆的控制。 在此基础上建立了一个基于单片机系统实现对倒立摆的稳定控制。这个单片机系统包括反馈通道、控制通道、和单片机控制三部分。接着介绍了这个系统的软件设计思路和流程图。并讨论了倒立摆系统的非线性因素和干扰因素,以及对电路设计时应注意的问题。 最后作了模型预测控制算法在二级倒立摆控制系统中的应用研究。采用误差逆传算法,对倒立摆神经网络模型辨识,建立其神经网络模型。在此基础上,把预测控制算法应用于倒立摆控制系统。
【学位授予单位】:河北工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TP273.5

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 郑洪波;虚拟倒立摆系统的控制研究[D];山东科技大学;2010年
2 江晨;旋转式倒立摆的控制算法研究及实验系统设计[D];苏州大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 李岩,姚旭东;二级倒立摆控制系统分析[J];沈阳工业学院学报;1999年02期
2 翁正新,施颂椒;倾斜导轨上两级倒立摆的 H_∞ 控制[J];上海交通大学学报;1997年03期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴剑威;唐立新;;基于根轨迹法与串联PID法的激光操作控制系统设计[J];合肥师范学院学报;2010年03期
2 芦莉;谭文群;郑光绪;;一种分布式防盗报警系统的设计[J];安防科技;2007年02期
3 刘梅锋;钟国韵;;基于单片机AT89C51热释电红外报警系统的设计[J];安防科技;2007年02期
4 钟伟红;关宏伟;;基于单纯形法的PID参数优化设计[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2006年03期
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6 钟小芳,蒋中;基于Laguerre 函数近似模型的多变量系统增量型预测控制的算法[J];安徽大学学报(自然科学版);2001年02期
7 钟小芳,蒋中;一种增量型多步预测、多步控制的单变量预测控制算法[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2000年04期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 杨建华;刘文琦;卢伟;;注汽锅炉蒸汽干度的模糊预测控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 李刚;王庆林;黄彪;;随机扰动下的动态矩阵控制系统性能监控、调节与诊断[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 吴义虎;宋丹丹;侯志祥;袁翔;;车辆横摆角速度的广义预测控制研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
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6 赵加祥;陈增强;徐旭林;;基于变论域模糊H~∞控制器的迟滞非线性系统的跟踪控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 ;Optimal Design of Neuro-Fuzzy Controller Based on Ant Colony Algorithm[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
8 李会军;叶宾;;一种基于递归BP神经网络的多步预测控制方法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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10 胡玉娥;丁淑萍;;基于改进BP算法的非线性广义预测控制器[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张蛟龙;平面二级倒立摆的控制策略研究[D];河南理工大学;2010年
2 李华英;航空发动机多变量鲁棒控制方法研究[D];南昌航空大学;2010年
3 郑洪波;虚拟倒立摆系统的控制研究[D];山东科技大学;2010年
4 郑灿东;输电线路除冰机器人控制系统的研究[D];山东科技大学;2010年
5 刘鲁艳;基于PJR-2X型喷浆机器人的开放式算法平台研究与设计[D];山东科技大学;2010年
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7 程慧;基于神经网络的两类问题研究[D];广西师范学院;2010年
8 许继影;一类非线性时滞系统的稳定性及鲁H_∞控制[D];广西师范学院;2010年
9 李长鹏;基于CSTR温度系统的模糊神经网络预测控制研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
10 王岩;智能建模和模糊广义预测控制研究及在船舶减纵摇控制中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 张飞舟,陈伟基,沈程智;拟人智能控制三级倒立摆机理的研究[J];北京航空航天大学学报;1999年02期
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7 游骏;虚拟样机在产品设计中的应用[J];起重运输机械;2002年06期
8 雷兆明,陈曦,梁淑芬;基于DDE的FIX与VB数据通讯的实现[J];天津理工学院学报;2002年02期
9 孙建军,王仲民;倒立摆实验系统与最优控制算法研究[J];天津职业技术师范学院学报;2004年04期
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1 李薇;虚拟样机技术的研究和实现[D];南京理工大学;2002年
2 黄辉;基于可拓控制的仿真研究[D];南京理工大学;2003年
3 孟巧荣;倒立摆虚拟样机及控制系统的研究[D];太原理工大学;2004年
4 张小明;旋转倒立摆系统控制方法的研究[D];天津大学;2005年
5 宋西蒙;倒立摆系统LQR—模糊控制算法研究[D];西安电子科技大学;2006年
6 管凤旭;倒立摆系统的可拓控制策略及实验研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
7 肖力龙;直线一级倒立摆起摆与稳摆控制研究及控制系统设计[D];中南大学;2007年
8 朱业鹏;PID控制器的参数整定及其稳定域研究[D];南京理工大学;2007年
9 柳志远;基于遗传算法的倒立摆控制及其网络实验系统设计[D];国防科学技术大学;2007年
10 黄宏格;直线倒立摆机理模型及控制性能研究[D];中南大学;2008年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 张欣;;单级旋转倒立摆的二次型最优控制研究[J];电脑开发与应用;2011年12期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 张飞舟,陈伟基,沈程智;拟人智能控制三级倒立摆机理的研究[J];北京航空航天大学学报;1999年02期
2 张飞舟,沈程智,范跃祖;利用单片机实现智能控制[J];电子技术应用;1998年09期
3 翁正新,张钟俊,王广雄;两级倒立摆的鲁棒H_∞状态反馈控制[J];上海交通大学学报;1996年04期
4 李阳春,许晓鸣,杨煜普;非参数模型预测控制系统的预测二次稳定性[J];上海交通大学学报;1999年05期
【相似文献】
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3 王永,孙颖娥,周烽;多级旋转式倒立摆的建模与分析[J];电机与控制学报;2004年03期
4 王广雄,张静,罗晶,许万平;倒立摆的模型和控制问题[J];电机与控制学报;2004年03期
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8 郄程飞;室内温控系统的预测控制研究[D];燕山大学;2011年
9 黄立新;光电跟踪伺服系统智能控制研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
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