非线性系统观测器设计及其在倒立摆控制中的应用研究

【摘要】：在实际工程中,非线性现象是普遍存在的,随着非线性控制理论的发展,非线性控制系统的研究已经得出了不少结论。在非线性控制中,当控制所需状态反馈量无法通过直接测量得到,或者难于得到时,就需要重构系统状态,因此非线性观测器的设计与应用一直是非线性控制中的一个重要环节。倒立摆系统是典型的非线性、强耦合、多变量和自然不稳定的系统。在控制过程中,它能有效地反映诸如可镇定性、鲁棒性、随动性以及跟踪等许多控制中的关键问题,是检验各种控制理论的理想模型。围绕这一系统,进行了反馈线性化控制及基于非线性观测器的稳定设计。围绕倒立摆这一系统,本文首先介绍了一、二、三级倒立摆的结构以及通用数学及仿真模型,分析了倒立摆实际系统中的非线性因素。在第三章中使用反馈线性化实现了对倒立摆的控制,接下来的第四章给出了非线性观测器目前的发展状况,就目前较为成熟的几种非线性观测器技术,给出了仿真范例及仿真结果的分析比较,并给出了一级倒立摆的基于线性观测器和非线性观测器的比较结果和二级倒立摆的基于观测器的滑模控制仿真结果。最后章节为实现倒立摆网络实验室,采用 OpenGL 建立了一、二、三级倒立摆的三维立体虚拟环境,通过 VC 调用 Matlab 引擎解决了实验中大量的计算问题,并且使用 MFC 开发了用于倒立摆智能实验室的应用软件,软件具有友好的用户界面,生动的 OPENGL 动画演示,用户可以方便的通过软件调用 MATALB 进行计算,并利用 ASP 设计了网络实验数据库管理系统以完善网络实验的管理。

【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TP273.5

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	【引证文献】
	【引证文献】

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前3条

1	叶伟宝;基于近似动态规划的倒立摆控制[D];广西大学;2007年
2	焦克华;燃料电池观测与控制问题的研究[D];河北工业大学;2007年
3	刘芳;执行器非线性系统观测器设计方法研究[D];杭州电子科技大学;2012年

	【参考文献】
	【参考文献】

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前8条

1	江鹢,汤丽萍,边信黔,施小成;利用Matlab引擎实现VC和Matlab的混合编程[J];电脑学习;2000年03期
2	梁贵书，王立新，董华英，郑兴华;非线性控制系统线性化方法的发展及其应用[J];电力情报;1995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	王江,王先来,王海涛;非线性系统变结构观测器[J];控制理论与应用;1997年04期
5	蒋国飞,吴沧浦;基于Q学习算法和BP神经网络的倒立摆控制[J];自动化学报;1998年05期
6	雷红伟,薛兵,冯长江;现代网络实验模式研究与实践[J];实验室研究与探索;2001年02期
7	张姝,朱善安;基于Internet的倒立摆网络控制系统[J];实验室研究与探索;2004年07期
8	丁景涛,周凤岐;二级倒立摆系统的变结构控制实现[J];西北工业大学学报;2002年03期

	【共引文献】
	【共引文献】

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前10条

1	梁红军;关于变力做功问题的研究[J];阿坝师范高等专科学校学报;2005年03期
2	周娟利;党智乾;;基于自调整模糊控制的直线电机矢量控制系统[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2009年03期
3	刘辉,高洁;定点转动刚体打击中心研究[J];安徽教育学院学报;2002年06期
4	何榕;达朗伯原理和惯性力[J];安徽教育学院学报;2005年03期
5	刘灵芝;;基于ADVISOR的电动汽车性能仿真研究[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2006年03期
6	朱德权,刘果红;分析力学和量子力学的泊松括号[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2003年04期
7	郝福生;惠治鑫;;科里奥利力对黄河沿岸水体流失的影响及当前治理措施调查[J];安徽农业科学;2011年16期
8	王国凡;唐学峰;;基于碰撞力学原理对刚体武术器械打击力的相关分析[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2009年05期
9	许玉兴;重圆盘在粗糙平面上滚动时的摄动解[J];安徽师大学报(哲学社会科学版);1995年04期
10	陈小莉,钟生海;MATLAB在光学实验中的应用[J];安康师专学报;2003年02期

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前10条

1	张军;贾瑞清;;基于DDE的Matlab与VB接口编程技术及其工程应用[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
2	席军;;一般本科院校机械类专业开设分析力学的尝试[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
3	胡伟明;;基于STM32纯电动汽车电驱控制研究[A];“2011西部汽车产业·学术论坛”暨四川省汽车工程学会四届第九次学术年会论文集[C];2011年
4	宾洋;陈恳;陈娜娜;;考虑状态时滞的SISO非线性系统输出干扰解耦控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5	黄波;林健;;直接转矩控制在拖动技术中的仿真与分析[A];煤炭机电与自动化实用技术[C];2012年
6	王海涛;熊伟;李中华;;气体增压器充气过程动态仿真研究[A];第五届全国流体传动与控制学术会议暨2008年中国航空学会液压与气动学术会议论文集[C];2008年
7	赵长征;王新明;于丽丽;刘岩;任和;马少华;;接地故障分析及其电气火灾传播特征[A];自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集（3）[C];2009年
8	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
9	孙倩;郑超瑜;蔡振雄;;基于MATLAB的潜艇耐压液舱结构优化设计[A];福建省科协第五届学术年会数字化制造及其它先进制造技术专题学术年会论文集[C];2005年
10	张宏立;;基于MATLAB／RTW的实时控制系统开发[A];先进制造技术论坛暨第三届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2004年

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前10条

1	罗清林;抗强振动干扰数字涡街流量计信号处理方法研究与低功耗实现[D];合肥工业大学;2010年
2	尹安东;基于混合系统理论的混合动力客车控制策略和参数优化研究[D];合肥工业大学;2010年
3	杨金辉;数字化PWM逆变系统控制关键技术研究及其应用[D];湖南大学;2010年
4	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
5	李奇南;钢板磁悬浮系统控制[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	王苏敬;大功率机车柴油机时间控制式燃油喷射控制系统研究[D];北京交通大学;2011年
9	樊宽刚;轿车发动机点火系统电磁辐射研究[D];吉林大学;2011年
10	蒋鸣;机械自动变速器（AMT）的多领域统一建模与仿真关键技术研究[D];华中科技大学;2011年

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前10条

1	杨亮;基于DSP的交流异步电动机变频调速技术研究[D];安徽工程大学;2010年
2	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
3	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
4	章长玖;公路桥梁车桥耦合振动分析[D];郑州大学;2010年
5	陈建伟;风力发电机组暂态模型和稳定性分析方法研究[D];郑州大学;2010年
6	彭锦波;助行机器人机构设计及样机研制[D];哈尔滨工程大学;2010年
7	陈猛;基于DSP和模糊PID的稳定平台的设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
8	姜辉;二级倒立摆控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9	贾渤;GF-IMU的误差估计和补偿算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10	唐鸿羽;COGAG装置动态特性与机桨匹配仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

	【同被引文献】
	【同被引文献】

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前10条

1	马立玲,杨英华,王福利;执行器故障检测的神经网络观测器方法[J];东北大学学报;2002年12期
2	李幼凤;苏宏业;褚健;;子空间模型辨识方法综述[J];化工学报;2006年03期
3	覃祖旭，李渊涛，张洪钺;基于神经网络的自适应状态观测器[J];航空学报;1994年04期
4	胡泽新，邵惠鹤;基于神经网络的非线性观测器及其应用[J];华东理工大学学报;1994年01期
5	赵春涛,赵克定,邵鸿德,张业建;基于Elman网络的液压系统辨识[J];机床与液压;2003年01期
6	高钦和;王孙安;;基于Elman神经网络的非线性动态系统辨识[J];计算机工程与应用;2007年31期
7	焦嵩鸣,韩璞,周黎辉;一种新型的动态递归神经网络及其算法[J];计算机仿真;2002年05期
8	张琦,邵立福,李焕良,郑慧娟;一种基于Elman神经网络的液压泵故障诊断技术[J];中国制造业信息化;2004年08期
9	王小丽;倪茂林;;基于自适应观测器的非线性系统故障诊断[J];空间控制技术与应用;2008年04期
10	张袅娜;冯勇;邱东;;非线性不确定系统的鲁棒滑模观测器设计[J];控制理论与应用;2007年05期

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前8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	李志军;约束模型预测控制的稳定性与鲁棒性研究[D];华北电力大学（北京）;2005年
3	朱芳来;非线性控制系统观测器研究[D];上海交通大学;2001年
4	时小虎;Elman神经网络与进化算法的若干理论研究及应用[D];吉林大学;2006年
5	彭宇;非线性智能观测器及其应用研究[D];浙江大学;2000年
6	李靖;几类非线性系统的自适应Backstepping神经网络控制[D];西安电子科技大学;2009年
7	何静;基于观测器的非线性系统鲁棒故障检测与重构方法研究[D];国防科学技术大学;2009年
8	郭洪艳;车辆速度估计非线性观测器方法研究[D];吉林大学;2010年

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前10条

1	张二青;气动执行器系统的故障诊断[D];杭州电子科技大学;2011年
2	郝刚;固体氧化物燃料电池的实验研究[D];大连理工大学;2002年
3	蔡惠红;燃料电池模型及其发电系统的研究[D];四川大学;2003年
4	冒泽慧;基于自适应观测器的故障诊断与容错控制研究[D];南京航空航天大学;2006年
5	韩旭明;Elman神经网络的应用研究[D];天津大学;2006年
6	郭斌;燃料电池助动车控制系统的研究与设计[D];上海交通大学;2007年
7	任丽娜;基于Elman神经网络的中期电力负荷预测模型研究[D];兰州理工大学;2007年
8	丁玉琴;几类非线性系统观测器设计研究[D];山东大学;2007年
9	杨迎娟;几类非线性系统的观测器与控制器设计[D];天津工业大学;2008年
10	孙艳辉;基于Elman网络的HCCI发动机燃烧相位观测器的研究[D];天津大学;2007年

	【二级引证文献】
	【二级引证文献】

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前1条

1	张爱国;静止同步串联补偿器的数学模型及控制策略研究[D];华北电力大学（北京）;2011年

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前3条

1	闫向磊;基于近似动态规划的城市交通信号优化控制算法研究[D];广西工学院;2011年
2	罗小锁;基于子空间辨识的预测控制方法研究[D];重庆大学;2011年
3	徐善智;回转窑煅烧温度的预测控制方法研究[D];东北大学;2010年

	【二级参考文献】
	【二级参考文献】

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前4条

1	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
2	蔡英文,杨誉宗,吕露,胡钧,李民乾,孙洁林,陈良尧;基于因特网的STM远程实时控制系统的设计与实现[J];计算机工程;2003年04期
3	罗明;网络的计算机辅助分析实验教学[J];实验室研究与探索;2000年03期
4	习晓远,庞敬轩;校园网络下的实验室网络化管理系统[J];实验室研究与探索;2000年04期

	【相似文献】
	【相似文献】

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前10条

1	吴国恩;;反馈线性化的单放大器电阻电桥[J];电测与仪表;1985年07期
2	冯江,王晓燕,王新民,吴军;一种非线性反馈线性化的控制方法及其应用[J];微计算机信息;2004年12期
3	孙建涛;陈华;王贞卫;;单级倒立摆反馈线性化控制仿真[J];自动化技术与应用;2008年11期
4	宁海春,赵长安,赵松,杨文容;一类非线性系统的鲁棒观测器——控制器设计[J];哈尔滨工业大学学报;2000年05期
5	张智焕,王树青,荣冈;基于反馈线性化的预测函数控制及其在CSTR中的应用[J];控制理论与应用;2001年S1期
6	刘恒坤,常文森,佘龙华;磁悬浮系统的非线性控制[J];自动化技术与应用;2005年11期
7	孙振华，夏小华;R~4上关于动态反馈线性化的一个定理[J];控制理论与应用;1996年04期
8	段富海,章卫国,杨向忠,何长安;大机动飞机的非线性鲁棒控制律设计[J];飞行力学;1999年02期
9	张永东,张毕西,刘永清,张丽清;基于状态观测器混沌系统的非线性反馈控制[J];广东工业大学学报;1999年03期
10	龙晓林,蒋静坪;非线性控制及其先进控制策略[J];武汉理工大学学报(信息与管理工程版);2004年04期

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前10条

1	郭洪艳;陈虹;丁海涛;毕春光;赵海艳;;基于车辆动力学和非线性观测器的车辆质心侧偏角估计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
2	郭洪波;李洪人;;非对称缸电液伺服系统的反馈线性化方法[A];2002年黑龙江省机械工程学会年会论文集[C];2002年
3	何德峰;宋秀兰;杨马英;;反馈线性化构造性预测控制及在CSTR中的应用[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
4	鲁守银;周玉成;刘晓平;;时变不定机器人系统的鲁棒镇定[A];1995年中国控制会议论文集（下）[C];1995年
5	郝丽杰;姚郁;;空间拦截器姿态控制反馈线性化方法研究[A];2004中国控制与决策学术年会论文集[C];2004年
6	方勃;黄文虎;吴瑶华;;非线性系统的递推时标变换线性化方法[A];1998中国控制与决策学术年会论文集[C];1998年
7	钟宁帆;邹云;徐胜元;;一类不确定非线性系统的鲁棒H_∞控制[A];第二十四届中国控制会议论文集（上册）[C];2005年
8	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
9	向峥嵘;吕朝霞;胡维礼;;一类非线性时变系统的跟踪控制器设计[A];1998年中国智能自动化学术会议论文集（上册）[C];1998年
10	高龙;D．J．Hill;王幼毅;马海武;;非线性系统的DFL及隐动态[A];1995年中国控制会议论文集（上）[C];1995年

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前10条

1	;双万兆IPv6网络实验室建设分析[N];网络世界;2006年
2	李永胜;TD商用进入临战时刻[N];中国计算机报;2006年
3	;我校获2008年度国家科技奖成果简介[N];新清华;2009年
4	肖红;NEC即将推出HSDPA商用网络[N];中国经营报;2005年
5	刘双虎　任刚;“兵专家”王立彬[N];解放军报;2003年
6	沈阳刘浩;IPv4+IPv6决胜互联网[N];中国电脑教育报;2006年
7	;锐捷网络助力华中科技大学网络实验室建设[N];中国电脑教育报;2007年
8	记者王攀常爱玲;从“疑似”到“确诊”为何得十天？[N];新华每日电讯;2004年
9	河北经贸大学王春海赵艳;没有三层交换机也能做VLAN实验[N];中国计算机报;2008年
10	袁永涛;TD-SCDMA：提升正在加速[N];中国计算机报;2006年

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前10条

1	陈明杰;连续混沌系统同步及应用研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
2	孙峻;非线性模型预测控制理论及应用研究[D];西北工业大学;2002年
3	房方;单元机组协调控制系统的先进控制策略研究[D];华北电力大学（北京）;2005年
4	赵文杰;不确定非线性系统的变结构控制研究[D];华北电力大学（河北）;2005年
5	郭洪艳;车辆速度估计非线性观测器方法研究[D];吉林大学;2010年
6	李煜辉;中压共轨柴油机电控系统控制器设计与研究[D];武汉理工大学;2004年
7	刘栋良;永磁同步电机伺服系统非线性控制策略的研究[D];浙江大学;2005年
8	郑友胜;远程制导炮弹弹道优化设计与姿态控制方法研究[D];南京理工大学;2008年
9	袁丽英;拦截机动目标非线性制导律设计[D];哈尔滨工业大学;2008年
10	王瑞明;交流伺服驱动系统新型控制策略研究[D];浙江大学;2005年

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前10条

1	魏晓峰;非线性系统观测器设计及其在倒立摆控制中的应用研究[D];南京航空航天大学;2005年
2	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
3	范凯兴;倒立摆网络控制系统的研究[D];西安建筑科技大学;2008年
4	姜锋;船舶动力定位系统非线性观测器设计[D];大连海事大学;2011年
5	崔红娜;网络环境下倒立摆的控制[D];南京邮电大学;2013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	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
8	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
9	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
10	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

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