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《大连理工大学》 2010年
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空间多级倒立摆控制系统研究

王岱荣  
【摘要】: 倒立摆系统是非线性不稳定系统的一个典型范例。除了非线性以外,它还具有高阶次、多变量、强耦合和欠驱动等特点。通过倒立摆控制系统,可以把控制理论中许多抽象的概念直观地表现出来。倒立摆系统的研究在双足机器人行走,半导体,火箭发射过程的姿态调整,导弹拦截控制系统等方面都具有广阔的应用前景。 本论文主要研究内容如下: (1)本文首先介绍了倒立摆研究的背景及意义,倒立摆的分类,分析了国内外倒立摆系统的研究现状,并简要介绍了最优控制理论的发展现状。 (2)在深入研究国内外倒立摆控制系统现有成果的基础上,本文采用Lagrange方程和整体建模的思想对空间n级倒立摆进行了数学建模,得出了统一的动力学方程。在此基础上,对空间一二级倒立摆进行了分析,并对系统的非线性模型在平衡点附近进行线性化处理,推导出系统的线性状态空间表达式,对模型进行了能控能观性分析。 (3)我们知道,如果倒立摆系统控制器所能控制的摆杆的初始偏角越大,则控制器的控制性能越优越。因此,本文给出了判定倒立摆系统控制性能优劣的一种参考指标,倒立摆各摆角初始角度的加权系数越大,我们认为此控制器的控制性能越优越。在此基础上,在Matlab环境下,采用闭环程序代替Simulink仿真,通过程序的循环遍历算法找到了线性二次型最优控制方法(LQR)中的各个参数在直线二级倒立摆上的最优取法,为最优控制在倒立摆方面的参数寻优找到了一种解决途径。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP13

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 汤维;基于直线二级倒立摆控制系统的研究[D];内蒙古科技大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨亚炜,张明廉;三级倒立摆的数控稳定[J];北京航空航天大学学报;2000年03期
2 何彦彦,沈程智;三级倒立摆系统的可控性与可观性分析[J];北京航空航天大学学报;1996年05期
3 宋君烈,肖军,徐心和;倒立摆系统的Lagrange方程建模与模糊控制[J];东北大学学报;2002年04期
4 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
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中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 巩晓锋;环形二级倒立摆的稳定控制[D];大连理工大学;2009年
2 陈富国;基于模糊逻辑的多级倒立摆控制系统研究[D];大连理工大学;2009年
3 程会锋;倒立摆系统自动摆起控制的研究[D];大连理工大学;2009年
4 虞培培;UKF滤波算法在二级倒立摆上的应用研究[D];大连理工大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 李泉溪;银兵;许根山;;风神轮胎高温循环水泵腐蚀现象研究[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2010年01期
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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
5 刘国璧;袁宏俊;孙群;孟涛;;基于模糊神经网络的刘翔110m栏成绩预测[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2011年01期
6 吴仲;;半导体激光器自动温度控制系统优化设计[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2011年03期
7 曹苏民;陆一心;;面向系统方块图的频域数字仿真方法[J];安徽工学院学报;1989年01期
8 吴盛英;;数控控制软件设计中的一个问题[J];安徽工学院学报;1993年01期
9 陈跃东,郎朗;用FUZZY-PID控制器实现控制参数的自整定[J];安徽工程科技学院学报;2002年03期
10 周力,崔祎;一种带折衷因子的FUZZY控制器的研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2004年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 胡春雨;李武峰;严辉;;一种新型电动汽车智能充电机的研制[A];第十四届中国科协年会第19分会场:电动汽车充放电技术研讨会论文集[C];2012年
2 梁捷;陈力;;漂浮基空间机械臂姿态、关节协调运动的模糊变结构滑模控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 陈志煌;陈力;;漂浮基双臂空间机器人本体与末端抓手协调运动的模糊滑模控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 王雷;朱熀秋;陈艳;;二自由度交流磁轴承参数自整定模糊PID控制器研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 翁小雄;翦俊;;短时交通流频谱分析与预测[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 乔美英;兰建义;;模糊逻辑神经网络控制在交流调速系统中的仿真研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 董云云;王中华;冯志全;程金;;吊车-双摆系统的增量式滑模控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 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
9 宋绍剑;李劲芝;林小峰;;基于执行依赖启发式动态规划的三容水槽液位控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 李俊丽;张光辉;祝晓红;;新型智能变增益单神经元PID控制算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 侯婷;离散时间Markov跳变系统的稳定性与鲁棒H_2/H_∞控制[D];山东科技大学;2010年
2 戴运桃;粒子群优化算法研究及其在船舶运动参数辨识中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王龙金;零/低航速减摇鳍升力模型及系统控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 梁燕军;海洋平台非线性系统最优减振控制研究[D];中国海洋大学;2010年
5 李鑫;基于CMAC的多驱动系统协调控制[D];合肥工业大学;2010年
6 权建洲;高速工况下H型桁架定位平台的建模与同步控制[D];华中科技大学;2010年
7 周子冠;电网多数据源在线诊断方法研究[D];中国电力科学研究院;2010年
8 曾智刚;波浪运动升沉补偿液压平台关键问题试验研究[D];华南理工大学;2010年
9 张红兵;基于ARM的双丝脉冲MIG高速焊分布式控制系统的研究[D];华南理工大学;2010年
10 罗珂;基于输出预测和LMI方法的电力系统广域阻尼控制研究[D];山东大学;2010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 徐旭;基于ARM的电阻点焊控制器[D];南昌航空大学;2010年
3 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
4 马爱清;真空差压铸造系统加压模型建立与控制算法设计[D];南昌航空大学;2010年
5 郑洪波;虚拟倒立摆系统的控制研究[D];山东科技大学;2010年
6 焉杰;多传感器时滞系统信息融合及其仿真[D];山东科技大学;2010年
7 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
8 檀庭跃;智能控制算法在倒立摆系统中的应用研究[D];山东科技大学;2010年
9 王坤;液体粘性传动研究及应用[D];山东科技大学;2010年
10 朱颀;碘化锌溶液浓缩装置的设计[D];长春理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10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 宋君烈,肖军,徐心和;倒立摆系统的Lagrange方程建模与模糊控制[J];东北大学学报;2002年04期
3 罗忠;赵士鑫;史志勇;郭立新;;基于状态观测器的倒立摆系统控制与实验研究[J];东北大学学报(自然科学版);2010年01期
4 杨世勇;谭翚;刘殿通;;倒立摆控制系统的设计与研究[J];电气传动自动化;2011年02期
5 李德毅;三级倒立摆的云控制方法及动平衡模式[J];中国工程科学;1999年02期
6 曹敏;徐凌桦;何志琴;;单神经元PID倒立摆系统及其仿真研究[J];化工自动化及仪表;2010年01期
7 罗成,胡德文,祝晓才,董国华;基于LQR和模糊插值的五级倒立摆控制[J];控制与决策;2005年04期
8 张乃尧;倒立摆的双闭环模糊控制[J];控制与决策;1996年01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
10 杨平;徐春梅;曾婧婧;蒋式勤;彭道刚;;PID控制在倒立摆实时控制系统中的应用[J];微计算机信息;2006年19期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张宁;直线倒立摆起摆与稳摆控制的优化与改进[D];大连理工大学;2010年
2 聂炜;基于RBF-ARX模型的LQR控制在倒立摆系统中的应用[D];中南大学;2011年
3 黄苑虹;倒立摆系统的稳定控制研究[D];广东工业大学;2002年
4 王海;倒立摆系统的控制分析及其混沌运动的研究[D];北京工业大学;2005年
5 王瑞霞;基于强化学习的倒立摆控制[D];北京工业大学;2005年
6 李建;双足机器人的倒立摆模型及其控制研究[D];山东大学;2005年
7 翟龙余;倒立摆的模糊控制研究[D];江南大学;2008年
8 吴善永;基于倒立摆系统的控制算法研究[D];西安电子科技大学;2009年
9 王俊;基于倒立摆的三种控制策略的研究[D];湖北工业大学;2008年
10 张金波;基于反馈线性化的一级倒立摆稳定控制[D];兰州交通大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 于秀芬,段海滨,龚华军;基于人工神经网络BP算法的倒立摆控制研究[J];兵工自动化;2003年03期
2 杨亚炜,张明廉;三级倒立摆的数控稳定[J];北京航空航天大学学报;2000年03期
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7 宋君烈,肖军,徐心和;倒立摆系统的Lagrange方程建模与模糊控制[J];东北大学学报;2002年04期
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9 程俊,王永,黄南晨,吴刚,卿志远,孙德敏;旋转式倒立摆计算机控制系统[J];电机与控制学报;2001年04期
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙永征;孟庆欣;;浅谈多媒体技术在“最优控制理论”课程教学中的应用[J];科教文汇(下旬刊);2011年01期
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9 牛向阳;倪前月;高成修;;基于遗传算法和模拟退火算法的混合算法[J];昆明理工大学学报(理工版);2008年02期
10 袁野;张靓;;最优控制理论及其在视频编码中的应用[J];软件导刊;2009年06期
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1 杨冶杰;邵宁;;线性二次型最优控制器的设计与仿真[A];系统仿真技术及其应用(第7卷)——'2005系统仿真技术及其应用学术交流会论文选编[C];2005年
2 闰九喜;程兆林;;不正则广义系统二次指标问题[A];1995中国控制与决策学术年会论文集[C];1995年
3 贺晨龙;黄丽湘;张继业;;多车辆编队协作控制[A];第十一届全国非线性振动学术会议暨第八届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2007年
4 孙静川;刘胜;陈胜仲;;H_∞最优控制理论研究现状[A];1999中国控制与决策学术年会论文集[C];1999年
5 周光明;周绍英;孙一康;;最优控制理论在电气传动中的应用[A];1994中国控制与决策学术年会论文集[C];1994年
6 钟万勰;;计算结构力学与最优控制计算[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(上)[C];2007年
7 黄小原;樊治平;杨斌;;辽宁省宏观经济动态模型和最优政策分析[A];第三届全国控制与决策系统学术会议论文集[C];1991年
8 楼红卫;;关于最优控制的存在性、正则性和必要条件[A];第二十二届中国控制会议论文集(上)[C];2003年
9 王平平;;统一价格拍卖国债的竞价优化模型[A];2005中国控制与决策学术年会论文集(下)[C];2005年
10 陆地;黄希敏;原思聪;周熙炜;魏勇;刘晨;朱磊;;二次性能指标在交流调速系统中的状态方程分析与最优控制[A];2008中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会论文摘要集[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前5条
1 黄兴华;平安电气开发出新一代通风机[N];中国工业报;2005年
2 杨冰 特约记者 刘程 本报记者 于莘明;谁牵“神舟”太空行[N];科技日报;2005年
3 记者 奚启新;绕地2700圈,“神五”轨道舱昨“下班”[N];新华每日电讯;2004年
4 本报记者 赵亚辉 蒋建科 余建斌;新“长二F”,新在哪里?[N];人民日报;2011年
5 本报特约记者 杨其才 唐文俊;我国低轨道航天测控技术日臻成熟[N];大众科技报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张永立;空间多级倒立摆非线性控制方法研究[D];大连理工大学;2011年
2 刘鹏;非线性时滞系统最优控制器的近似设计研究[D];中国海洋大学;2005年
3 门少平;Ekeland变分原理在一致空间上的推广及其在最优控制理论中的应用[D];西北工业大学;2002年
4 孙亮;非线性系统最优控制的改进逐次逼近法研究[D];中国海洋大学;2007年
5 张丽霞;汽车操纵稳定性和平顺性中逆问题的研究[D];南京航空航天大学;2007年
6 樊铭渠;时滞及非线性系统最优输出跟踪控制研究[D];中国海洋大学;2008年
7 贺金凌;外汇储备的最优控制理论与模型研究[D];西南财经大学;2000年
8 许亚善;满足一致Lipschitz条件的最优反馈控制问题[D];复旦大学;2006年
9 王慧媛;微生物发酵中的非线性动力系统及最优控制[D];大连理工大学;2008年
10 刘毅敏;时滞及非线性离散系统的最优输出跟踪控制研究与应用[D];中国海洋大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王岱荣;空间多级倒立摆控制系统研究[D];大连理工大学;2010年
2 于怀博;最优控制理论在倒立摆系统中的应用研究[D];华中科技大学;2007年
3 韩月娟;智能控制算法研究及其在直线多级倒立摆中的实现[D];内蒙古大学;2011年
4 许美玲;基于LabVIEW的倒立摆控制系统研究[D];西南交通大学;2011年
5 魏巍;安装在两自由度平面机械臂上的倒立摆控制及其混沌现象的研究[D];西南交通大学;2012年
6 赵潇菲;柔性倒立摆的控制方法研究[D];太原科技大学;2010年
7 丁旭;电液伺服倒立摆的仿真研究[D];太原科技大学;2011年
8 何杰;基于交流伺服系统的平面倒立摆控制研究[D];杭州电子科技大学;2009年
9 张晓明;多种多级倒立摆系统控制和仿真环境的研究[D];南京航空航天大学;2003年
10 张宁;直线倒立摆起摆与稳摆控制的优化与改进[D];大连理工大学;2010年
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