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《大连理工大学》 2010年
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直线倒立摆起摆与稳摆控制的优化与改进

张宁  
【摘要】: 倒立摆系统是一个典型的非线性、多变量、高阶次、强耦合和绝对不稳定系统,作为一个合适的被控对象,它可以有效、准确地检验各种控制方法的正确性、可行性及控制能力。许多抽象的控制概念如系统的稳定性、可控性、系统的收敛速度和系统的抗干扰能力等,都可以通过倒立摆直观地表现出来。本文中,我们正是根据倒立摆系统的这些特性,来研究、检验并改进了多种倒立摆稳摆及起摆的控制方法,从而达到检验控制算法,提高控制精度,优化控制效果的目的。 本文中对倒立摆的稳摆与起摆控制的研究,主要从以下几个方面进行: (1)在深入研究倒立摆系统结构的基础上,采用牛顿力学分析的方法建立起直线一级、三级倒立摆的数学模型,并在平衡点附近进行线性化处理,得到系统的线性状态空间表达式。根据模型对系统进行定性分析,经验证,直线一级、三级倒立摆系统均为能控能观的不稳定系统。 (2)基于模糊算法的三级倒立摆的稳摆控制。在深入研究倒立摆稳摆控制方法的基础上,选择模糊控制和变论域自适应模糊控制算法来构造直线三级倒立摆稳摆控制器。变论域自适应模糊控制是对传统模糊控制的改进与发展,经理论与仿真结果证明,它不仅继承了模糊控制的优点,还比模糊控制有更好的抗干扰能力和稳定性。 (3)引入了扩展的卡尔曼滤波(EKF)。介绍了卡尔曼滤波相关理论,并用EKF算法来优化变论域自适应模糊控制器,在直线三级倒立摆系统中验证其状态重构后构造的预估系统的控制能力。分别比较了单独的变论域模糊控制器和加入卡尔曼滤波之后的控制器对系统的控制效果。 (4)基于能量控制的一级倒立摆的起摆控制与改进。在深入研究直线一级倒立摆起摆过程的基础上,应用能量控制来对起摆进行控制。又考虑到小车导轨长度和小车速度的限制,本文通过修改李亚普诺夫方程对能量控制律做出一定改进,避免了小车越界现象的发生。并在Simulink中仿真,实现了直线一级倒立摆的一次摆起和最小位移摆起。 (5)介绍了直线倒立摆实物系统,在VC++6.0环境下编写实时控制程序,实现了基于改进的能量控制的一级倒立摆系统的自动摆起。最后,对本论文工作内容进行总结,给出下一步的研究方向。
【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

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【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 李士勇;张云;栾秀春;;多Agent倒立摆模糊控制系统[J];哈尔滨工业大学学报;2005年12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(自然科学版);2002年04期
4 侯岩松,李华;一种基于卡尔曼滤波器的单级倒立摆的LQR方法[J];兰州交通大学学报;2005年04期
5 李祖枢;力矩受限单摆的摆起倒立控制——仿人智能控制在非线性系统中的应用[J];控制理论与应用;1999年02期
6 王轶卿,赵英凯;基于Bang-Bang控制的倒立摆系统摆起和镇定[J];机械与电子;2004年08期
7 李洪兴,苗志宏,王加银;非线性系统的变论域稳定自适应模糊控制[J];中国科学E辑;2002年02期
8 李洪兴,苗志宏,王加银,李洪兴,李洪兴;四级倒立摆的变论域自适应模糊控制[J];中国科学E辑;2002年01期
9 李洪兴;模糊控制的插值机理[J];中国科学E辑;1998年03期
10 李洪兴;变论域自适应模糊控制器[J];中国科学E辑;1999年01期
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 李延社;车载GPS/DR组合导航卡尔曼滤波算法研究[D];四川大学;2006年
2 李丽娟;以倒立摆为对象的智能控制算法的研究与应用[D];南京工业大学;2004年
3 孙帅华;基于卡尔曼滤波器的交流伺服系统低速控制研究[D];武汉理工大学;2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘武发,蒋蓁,龚振邦;超小型固定翼飞行器飞控系统研究[J];郑州大学学报(工学版);2003年03期
2 王建辉,杨大鹏,顾树生;带有自调整因子和积分校正环节的双环模糊控制系统的研究[J];沈阳工业大学学报;1998年01期
3 王光磊;基于模糊逻辑的PID控制器的设计[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2005年03期
4 贾荣丛;王划一;;双闭环模糊控制器在单级倒立摆系统中的应用[J];兵工自动化;2006年11期
5 庞丽萍,王浚,刘旺开;预估Fuzzy-PID在中央空调控制系统中的应用[J];北京航空航天大学学报;2004年08期
6 汪雪琴;朱群雄;;基于改进的表格查询法的二级倒立摆模糊控制[J];北京化工大学学报(自然科学版);2006年01期
7 李伯群,傅剑,张瑞成,孙一康;热连轧活套高度和张力系统的解耦控制[J];北京科技大学学报;2005年05期
8 刘晟,陈杰,龚志豪,白明;基于动态查询表的模糊控制策略及其应用[J];北京理工大学学报;2002年03期
9 李航,孙厚芳,韩建海,李济顺,赵书尚,林青松;两轮机器人行走机构的建模与实验[J];北京理工大学学报;2004年12期
10 郑亚林,海焕智,白永成;3I方案下的Fuzzy推理算法[J];宝鸡文理学院学报(自然科学版);2001年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 曲娜;;参数自整定模糊PID微型燃机转速控制系统的设计[A];2006北京地区高校研究生学术交流会——通信与信息技术会议论文集(下)[C];2006年
2 尧波;王心坚;金龙;王敏才;胡敏强;;一种基于DSP的超声波电动机控制器[A];第十届中国小电机技术研讨会论文集[C];2005年
3 陈慧;翟晓军;金龙;;采用P调节的超声波电机快速定位系统[A];第十届中国小电机技术研讨会论文集[C];2005年
4 卢朝双;黄大贵;;基于自适应神经模糊推理系统ANFIS的倒立摆控制研究[A];2005年机械电子学学术会议论文集[C];2005年
5 史永杰;王银河;;基于模型补偿的一类非线性系统的控制设计[A];中南六省(区)自动化学会第24届学术年会会议论文集[C];2006年
6 毛艳;唐朔;;热保护器检测炉模糊-PI双模控制研究[A];先进制造技术论坛暨第二届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2003年
7 龚春华;王建辉;杨华;刘子静;;比例、量化因子实时自调整的倒立摆双闭环模糊控制[A];1999中国控制与决策学术年会论文集[C];1999年
8 祝晓红;张云生;晋帆;;参数自调整的烟叶复烤机智能控制系统[A];2000中国控制与决策学术年会论文集[C];2000年
9 邴志刚;孙维;崔世钢;;基于多模糊推理的非线性系统间接自适应模糊控制[A];2003中国控制与决策学术年会论文集[C];2003年
10 王仲民;孙建军;何永利;岳宏;;基于遗传算法的倒立摆LQR控制系统权值优化[A];2006中国控制与决策学术年会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 田勇;高精度模糊控制策略研究及应用[D];河海大学;2006年
2 李志伟;偏序集上的蕴涵代数[D];首都师范大学;2002年
3 汤永川;关于不确定性推理理论与知识发现的研究[D];西南交通大学;2002年
4 张克勤;滑模变结构控制理论及其在倒立摆系统中的应用研究[D];浙江大学;2003年
5 车双良;高精度光电测控系统及其控制策略研究[D];西北工业大学;2003年
6 陈勇;制造系统敏捷供需链中第三方物流配送系统研究[D];重庆大学;2003年
7 哈斯巴干;神经网络及其组合算法的遥感数据分类研究[D];中国科学院研究生院(遥感应用研究所);2003年
8 朱振宇;工程车辆自动变速智能控制系统试验研究[D];吉林大学;2004年
9 丁宁;外圆纵向智能磨削研究[D];吉林大学;2004年
10 张奕;智能压路机控制系统设计及关键技术研究[D];长安大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 薛平贞;Windows环境下倒立摆控制及实验程序开发[D];武汉大学;2005年
2 吕开东;倒立摆系统设计及神经元控制研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
3 史永杰;基于Backstepping的几类非线性系统的控制设计[D];汕头大学;2007年
4 刘宏伟;基于单片机的模糊控制方法及应用研究[D];武汉理工大学;2007年
5 张玉梅;一种结构可生长的认知模型及其在运动平衡控制中的应用[D];北京工业大学;2005年
6 陶格;基于模糊控制的两级倒立摆的研究[D];北方工业大学;2005年
7 董翠玲;二级倒立摆的稳定控制[D];西北工业大学;2005年
8 张姝;倒立摆网络控制系统的研究及实现[D];浙江大学;2005年
9 张建海;单片机控制的二级倒立摆系统的研究[D];河北工业大学;2005年
10 何厚键;中央空调水系统的建模与优化研究[D];沈阳工业大学;2005年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 王轶卿,赵英凯;基于Bang-Bang控制的倒立摆系统摆起和镇定[J];机械与电子;2004年08期
2 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
3 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
4 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(自然科学版);2002年04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 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
7 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4条
1 黄苑虹;倒立摆系统的稳定控制研究[D];广东工业大学;2002年
2 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
3 王瑞霞;基于强化学习的倒立摆控制[D];北京工业大学;2005年
4 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
【二级参考文献】
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 李秉玺,赵忠,孙照鑫;磁阻传感器的捷联式磁航向仪及误差补偿[J];传感技术学报;2003年02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(自然科学版);2002年04期
4 王晶晶,徐国卿,王麾;基于DSP的两种SVPWM技术实现方案研究[J];电工技术杂志;2003年01期
5 刘珊中,朱邦太,邓兵;基于H_∞控制的倒摆平衡系统鲁棒性研究[J];电光与控制;2000年02期
6 刘春生,吴庆宪,邹新生;二级倒立摆的模糊控制[J];电光与控制;2000年04期
7 管旭军,芮国胜;基于UKF的单站无源定位算法[J];电光与控制;2004年01期
8 肖军,张石,徐心和;一种新型的多变量模糊控制方法[J];电机与控制学报;2001年02期
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
10 苗晓燕,王小椿;永磁同步电机高转矩电流矢量控制方法和系统[J];电气传动;1999年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 张涛;非线性系统控制策略的研究[D];浙江大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 吴爱兵;高动态GPS定位滤波算法的仿真研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2002年
2 史庆峰;车载组合定位系统的研究[D];吉林大学;2005年
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1 姚荣斌;李生权;张绍德;;基于混沌搜索的三级倒立摆LQ控制器设计[J];航天控制;2009年02期
2 周宁,陈晖;单电机控制的三级倒立摆多种动平衡姿态演示[J];自动化博览;2000年02期
3 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
4 毛紫阳;北京师范大学在世界上首次成功实现平面运动三级倒立摆实物系统控制[J];模糊系统与数学;2003年04期
5 何彦彦;我国科学工作者率先解决三级倒立摆控制难题[J];中国科学基金;1995年04期
6 张飞舟,沈程智,范跃祖;拟人智能控制三级倒立摆[J];计算机工程与应用;2000年02期
7 洪晓英,崔桂梅,秦力舒,王建良;状态变量合成三级倒立摆模糊神经网络控制[J];控制工程;2004年01期
8 张克勤,苏宏业,庄开宇,褚健;三级倒立摆系统基于滑模的鲁棒控制[J];浙江大学学报(工学版);2002年04期
9 ;我国成功实现平面运动三级倒立摆[J];发明与创新;2005年10期
10 李宇成;朱兴;郑兴凯;阴亮;;基于LQR算法的三级倒立摆控制系统的仿真研究[J];北方工业大学学报;2006年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 叶建斌;郭鸿武;;三级倒立摆的LQG最优控制应用研究[A];中南六省(区)自动化学会第二十九届学术年会论文集[C];2011年
2 杨亚炜;张明廉;;数控三级倒立摆[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(下册)[C];1999年
3 张博;张怀相;;倒立摆控制系统的遗传优化方法[A];浙江省电子学会2009学术年会论文集[C];2009年
4 张葛祥;李娜;;基于线性二次最优控制的参数满意优化方法研究[A];2003中国控制与决策学术年会论文集[C];2003年
5 王殿元;龚至豪;任雪梅;陈冰;;倒立摆系统的变结构在线模糊推理算法的实现[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年
6 陈富国;邓冠男;谭彦华;;一种改进的三级倒立摆变论域模糊控制器设计[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第八分册)[控制理论与应用(专刊)][C];2009年
7 曹荣敏;周惠兴;陈现敏;文华强;;基于永磁直线电机的倒立摆创新实验平台设计[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年
8 崔桂梅;洪晓英;秦力舒;王建良;;状态变量合成的三级倒立摆的模糊神经网络控制[A];全国冶金企业计控网络化研讨会论文集[C];2003年
9 梁艳阳;丛爽;刘宏伟;;具有PID特性的神经网络非线性自适应控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 李洪兴;王加银;;n级倒立摆系统建模[A];中国系统工程学会模糊数学与模糊系统委员会第十一届年会论文选集[C];2002年
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1 本报实习记者 高 原;倒立摆实验让模糊控制理论走向精确[N];大众科技报;2003年
2 记者 练玉春;全球首例“四级倒立摆实物系统控制”试验成功[N];光明日报;2002年
中国博士学位论文全文数据库 前2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 郑宇;分层强化学习算法及其应用研究[D];北京交通大学;2009年
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 张雪;基于变论域自适应模糊控制理论的三级倒立摆控制器的研究[D];大连理工大学;2010年
3 田力勇;基于模糊神经网络的三级倒立摆稳定控制研究[D];燕山大学;2011年
4 崔红娜;网络环境下倒立摆的控制[D];南京邮电大学;2013年
5 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
6 丁旭;电液伺服倒立摆的仿真研究[D];太原科技大学;2011年
7 王国政;平面倒立摆的稳定控制[D];太原科技大学;2013年
8 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
9 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
10 张燕;LabWindows/CVI在倒立摆控制系统中的应用[D];新疆大学;2011年
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