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《哈尔滨工程大学》 2012年
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基于BVP算法的旋转倒立摆自动起摆及稳摆控制

王刚  
【摘要】:作为一个多变量、非线性、不稳定的典型系统,倒立摆系统是控制理论和应用的研究热点。许多抽象的控制概念如控制系统的稳定性、可控性、系统收敛速度和系统抗干扰能力等,都可以通过倒立摆系统直观的表现出来。而且其控制方法在自动化领域中具有重要的价值,因此倒立摆系统的研究具有很重要的理论和现实意义。 本论文首先阐述了倒立摆系统的研究背景和现状,应用Lagrange方程求出了旋转倒立摆系统的数学模型,然后在平衡点处进行线性化处理得到线性化模型,并给出了旋转倒立摆系统的状态空间描述以及特性分析,证明旋转倒立摆系统在平衡点处是能控且能观的。 本文研究了旋转式倒立摆系统自动起摆的控制问题,提出了基于BVP算法的旋转倒立摆自动起摆控制策略。起摆是系统在有限时间内从自然下垂状态向倒立状态转移的过程,倒立摆起摆规划就是求解非线性方程的两点边值问题(Two-point Boundary ValueProblem BVP)。本论文构造了含参变量具有傅立叶级数形式的起摆力矩函数,将力矩函数代入倒立摆系统,利用MATLAB工具箱中的bvp4c函数求解两点边值条件,获得起摆过程的起摆力矩的时间序列。 基于BVP算法的起摆控制的求解,本质上属于开环前馈控制设计。为了抑制参数摄动,进行了平衡点附近稳摆控制设计。稳摆过程的反馈控制设计是针对系统模型不稳定性和非最小相位特性分别进行。本文对起摆、稳摆及其切换过程进行了仿真,结果验证了提出的自动起摆控制方法的有效性。 最后还进行了旋转倒立摆系统的实验研究,设计了基于英飞凌公司的XC164CM单片机的旋转倒立摆数字控制系统,详细介绍了硬件电路的设计,用C语言编写了旋转倒立摆系统的控制软件,实现了倒立摆的稳摆和起摆控制。并对实验结果进行了分析,实验结果进一步证明了提出的自动起摆及稳摆控制方法是合理的。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TP13

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 史晓霞,张振东,李俊芳,杨屹;二级倒立摆系统数学模型的建立及意义[J];河北工业大学学报;2001年05期
4 刘明会;两点边值问题的一种高精度差分方法[J];上海理工大学学报;2005年01期
5 班晓军;李士勇;;倒立摆的一种FUZZY-PD复合控制器设计[J];哈尔滨工业大学学报;2003年11期
6 张明廉,郝健康,何卫东,孙昌龄;拟人智能控制与三级倒立摆[J];航空学报;1995年06期
7 姜倩;管凤旭;;旋转式倒立摆的镇定和摆起控制的研究[J];哈尔滨商业大学学报(自然科学版);2007年03期
8 李洪兴;变论域自适应模糊控制器[J];中国科学E辑:技术科学;1999年01期
9 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:技术科学;2002年01期
10 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:技术科学;2002年02期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 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
4 李相白;杨泽林;李建春;田亚立;;温室分级模糊控制方法研究[J];安徽农业科学;2010年22期
5 吴文波;李小华;程万胜;;基于LMI三级倒立摆系统的H_∞鲁棒控制[J];辽宁科技大学学报;2010年03期
6 王霏;孙佩卿;;现代控制理论教学软件[J];北方工业大学学报;1988年02期
7 王霏;用WALSH函数对线性时变系统进行分析和最优控制[J];北方工业大学学报;1989年03期
8 任和生;状态观测器在故障诊断中的应用[J];北方工业大学学报;1992年03期
9 胡玉新,李宇成;模糊控制系统的模拟调试[J];北方工业大学学报;1999年03期
10 闫鹏,李晋宏;预焙铝电解槽模糊控制中智能策略的研究[J];北方工业大学学报;2002年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 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
2 龙祖强;梁昔明;阎纲;陈列尊;;真值流动模糊控制算法及其在温控系统的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
3 芮丰;李然;陈忠强;冯晓迪;万理想;;基于AMESim的全功能强力液压支架试验台垂直加载系统的研究[A];中国机械工程学会流体传动与控制分会第六届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2010年
4 张滔;谢宗安;;基于前馈BP网的倒立摆控制[A];中国自动化学会、中国仪器仪表学会2004年西南三省一市自动化与仪器仪表学术年会论文集[C];2004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 袁韬;陈皓;兰杰;;倒立摆自抗扰控制算法简易实现[A];2010年西南三省一市自动化与仪器仪表学术年会论文集[C];2010年
7 庄留杰;;现代电力电子器件和PWM控制技术[A];2006年电气工程教育专业委员会年会论文集[C];2006年
8 王惠姣;薛安克;;鲁棒H_∞最优控制两级倒立摆[A];2003中国控制与决策学术年会论文集[C];2003年
9 张雪峰;张庆灵;任俊超;;基于TrueTime工具箱的倒立摆网络控制系统仿真[A];2007中国控制与决策学术年会论文集[C];2007年
10 杨昔阳;于福生;许小瑞;;双容水箱液位的分层变论域模糊控制[A];2009中国控制与决策会议论文集(1)[C];2009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 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
3 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
4 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
5 傅林坚;大流量高响应电液比例阀的设计及关键技术研究[D];浙江大学;2010年
6 刘英杰;负载口独立电液比例方向阀控制系统关键技术研究[D];浙江大学;2011年
7 林龙信;仿生水下机器人的增强学习控制方法研究[D];国防科学技术大学;2010年
8 刘颖明;永磁式直驱风电机组控制技术研究[D];沈阳工业大学;2011年
9 何映思;模糊推理方法及模糊逻辑形式系统研究[D];西南大学;2011年
10 郭秀丽;采伐联合机机械手运动分析与控制系统研究[D];东北林业大学;2011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 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 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
5 王坤;液体粘性传动研究及应用[D];山东科技大学;2010年
6 杨中波;自备热电厂工程电气部分研究设计[D];郑州大学;2010年
7 霍亮;两轮自平衡电动车的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 葛秘蕾;基于云理论的图像分割技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 姜辉;二级倒立摆控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 王振琛;饱和气体发生器低温制冷系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010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 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 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;2002年04期
5 胡小川,向敬成,姚伯威,田增山;燃气涡轮的模糊控制实现[J];电子科技大学学报;1999年03期
6 马瑞卿,刘卫国;自举式IR2110集成驱动电路的特殊应用[J];电力电子技术;2000年01期
7 张纯江,赵清林,张金泉;带有“负偏压”的IR2110驱动器[J];电力电子技术;2000年02期
8 齐国元,陈增强,袁著祉;非线性系统高阶微分反馈控制[J];中国工程科学;2003年08期
9 田振夫;两点边值问题的一种高精度差分方法[J];贵州大学学报(自然科学版);1997年01期
10 李平,王树青,王骥程;预测控制研究的概况[J];化工自动化及仪表;1995年06期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 段旭东,许可;单级旋转倒立摆的建模与控制仿真[J];机器人技术与应用;2002年05期
2 贺廉云;;以最优控制法实现旋转式倒立摆系统的控制[J];西安科技大学学报;2008年04期
3 张姝,朱善安;基于Lagrange方程建模的旋转倒立摆的分析与控制[J];工业控制计算机;2003年08期
4 祖丽楠,李江抒,田彦涛;旋转倒立摆平衡姿态多模型模糊控制算法[J];吉林大学学报(工学版);2003年04期
5 马光;齐建玲;王宏宇;;旋转倒立摆的神经网络控制[J];北华航天工业学院学报;2006年06期
6 吴爱国;张小明;张钊;;基于Lagrange方程建模的单级旋转倒立摆控制[J];中国工程科学;2005年10期
7 陈奎;吴爱国;张小明;;基于模糊策略的单级旋转倒立摆控制[J];实验室研究与探索;2006年03期
8 马光;高强;;单级旋转倒立摆控制研究[J];天津理工大学学报;2007年03期
9 王春生;侯云海;刘凡;;采用模糊控制的垂直型旋转式倒立摆系统[J];长春理工大学学报(自然科学版);2011年02期
10 贺廉云;金秀慧;伊连云;;旋转式倒立摆系统的四维模糊控制算法[J];临沂师范学院学报;2006年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王洪斌;姚洪磊;;基于干扰观测器的倒立摆离散变结构控制器设计[A];2008中国仪器仪表与测控技术进展大会论文集(Ⅰ)[C];2008年
2 陶文华;;单级旋转倒立摆的控制方法研究[A];第25届中国控制会议论文集(上册)[C];2006年
3 高强;马光;董超;;基于T-S模糊控制的旋转型倒立摆实时控制的研究[A];2006中国控制与决策学术年会论文集[C];2006年
4 杨亚炜;张明廉;;倒立摆系统的运动模态分析[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
5 李凌;苗鑫;袁德成;;基于神经网络控制的倒立摆系统仿真研究[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年
6 袁韬;陈皓;兰杰;;倒立摆自抗扰控制算法简易实现[A];2010年西南三省一市自动化与仪器仪表学术年会论文集[C];2010年
7 王直杰;方建安;邵世煌;;一种增强式学习算法及其在控制中的应用[A];1996中国控制与决策学术年会论文集[C];1996年
8 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
9 李爱莲;解韶峰;崔桂梅;;三级倒立摆系统的滑模变结构控制[A];冶金轧制过程自动化技术交流会论文集[C];2005年
10 韩莉;郭瑞鹃;阎晓萍;;基于遗传算法的双模糊控制器设计及应用[A];第三届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 王玉坤;自适应逆控制及其应用的研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
3 丁玉梅;非线性动力系统规范形理论及应用问题研究[D];天津大学;2009年
4 瞿少成;不确定系统的滑模控制理论及应用研究[D];华中科技大学;2005年
5 高兴泉;时域约束T-S模糊系统的控制方法研究[D];吉林大学;2006年
6 谢珺;二进制粒神经网络研究及其在故障诊断中的应用[D];太原理工大学;2009年
7 王庆凤;网络控制系统的鲁棒控制方法研究及仿真平台搭建[D];吉林大学;2009年
8 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
9 罗亮;基于单位分解的非线性不确定系统模糊自适应镇定与跟踪控制分析[D];广东工业大学;2011年
10 张雪峰;线性时变周期系统的能控性、稳定性分析与粗糙控制[D];东北大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李毅;二级旋转倒立摆实时控制的研究[D];天津理工大学;2012年
2 张小明;旋转倒立摆系统控制方法的研究[D];天津大学;2005年
3 马光;基于旋转倒立摆装置的智能控制研究[D];天津理工大学;2007年
4 郭贵军;基于T-S模糊模型的旋转倒立摆系统控制[D];吉林大学;2008年
5 狄艳坤;神经网络技术在倒立摆系统中的应用研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
6 焦灵侠;模糊控制在倒立摆系统中的应用研究[D];西安工业大学;2010年
7 王玉琢;基于模糊神经网络的倒立摆系统控制研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
8 汪涛;模糊神经网络控制在单级倒立摆系统中的应用[D];合肥工业大学;2004年
9 赵梦欣;倒立摆的非线性动力学与控制的研究[D];北京工业大学;2003年
10 郭刚;自适应神经模糊控制策略在倒立摆系统中的研究[D];太原理工大学;2004年
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