收藏本站
《山东科技大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

虚拟倒立摆系统的控制研究

郑洪波  
【摘要】:倒立摆是一个典型的多变量、非线性、强耦合的不稳定系统,是高校自控原理及计算机控制实验中典型的被控对象,在实验教学和控制理论的研究中有重要的应用。 本文提出了一种倒立摆虚拟样机的设计方案,利用软件实现倒立摆的数学模型,同时利用硬件电路将相关变量转化为实际应用的传感器信号。利用硬件平台和上位机软件相结合的方法建立倒立摆的半实物模型。该方案设计简单、形象直观、控制算法易实现、控制过程动态显示等优点。此设计将在控制算法的研究、实验教学及实际工程中具有广阔的应用前景。 文中分析倒立摆控制的国内外研究及发展现状。在此基础上提出了系统的设计方案。利用C8051F020单片机作控制器来设计硬件平台。利用牛顿力学方法建立倒立摆数学模型,得出系统的传递函数和状态空间方程。 在以上基础上,利用具有强大运算功能的MATLAB来实现倒立摆数学模型的运算。利用硬件电路将变量实际值转化为对应的传感器输出值并产生控制量。利用VB实现通信与数据的传递。利用组态软件来实现动画界面。该界面能直观的显示被控过程,并形成各参数的曲线,以便记录和比较。利用DDE协议来解决MATLAB、VB和组态软件之间数据共享。 最后,对设计的系统进行了可控性和可观测性分析。分析倒立摆控制策略,采用极点配置、PID和LQR算法对系统进行了仿真,得出响应曲线。分析了小车质量,摆杆长度和质量对系统的动态特性影响。
【学位授予单位】:山东科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP13

【参考文献】
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 吴蕃 ,范丽华;使用DDE创建程序组和程序项[J];电脑编程技巧与维护;2000年06期
4 黄苑虹,梁慧冰;从倒立摆装置的控制策略看控制理论的发展和应用[J];广东工业大学学报;2001年03期
5 朱文凯;袁桂嫦;朱学峰;;倒立摆的PID与LQR控制算法的对比研究[J];广东自动化与信息工程;2006年02期
6 李亚军 ,黄浩;虚拟样机技术及其应用[J];航空制造技术;2002年02期
7 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
8 李伯虎 ,朱文海,刘杰,柴旭东 ,熊光楞,毛媛,陈晓波,王行仁 ,王江云;复杂产品虚拟样机技术的研究与实践[J];测控技术;2001年11期
9 李瑞涛,方湄,张文明;虚拟样机技术的概念及应用[J];机电一体化;2000年05期
10 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
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
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 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
3 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
4 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
5 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
6 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
7 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
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱琦;王刘芳;王庆军;汪宇;;校验氧化锌避雷器带电测试仪的新方法[J];安徽电力;2009年01期
2 杨冠鲁,李晴燕,胡欣;同步发电机监督学习神经网络励磁控制器[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年03期
3 钱慧芳,陈增禄;非线性系统的线性控制方法研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年03期
4 高洪;王文彬;余雷;张海涛;税敏;;6-3-3并联机构结构设计与虚拟样机研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2010年04期
5 张德祥;王莹;张倩;张媛媛;;线性控制系统Nyquist稳定判据的教学方法研究[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2010年04期
6 吴小洪;林晓新;曹占伦;姜永军;袁喜林;;三极管粘片机S曲线加减速控制[J];半导体技术;2008年03期
7 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
8 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
9 柴军营;何广平;;倒立摆的一种新的控制方法[J];北方工业大学学报;2007年03期
10 曾威;胡立臣;兰小平;;整车数字化建模环境软件的开发[J];车辆与动力技术;2011年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 祝乐梅;岳宝增;;充液航天器姿态的自适应非线性动态逆控制[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
2 张红旗;王璐;石磊;陈科;;数字化设计方法在军事电子装备研制中的应用[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
3 张红旗;王璐;;面向军事电子装备的数字化设计方法[A];制造业数字化技术——2006中国电子制造技术论坛论文集[C];2006年
4 刘艳红;李春文;汤洪海;;电力系统一般非线性综合切换励磁控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 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
6 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
7 马文涛;张庆振;史波波;高晨;;基于逆模型的再入飞行器鲁棒控制技术研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
8 ;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
9 曾喆昭;;基于神经元PID最优控制的汽轮机调速系统研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 诸德宏;王鹏;程新;朱熀秋;;交流主动磁轴承支承的电主轴逆系统解耦控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张涛;GPS/SINS超紧密组合导航系统的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;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 查云飞;类菱形车转向系统研究与分析[D];湖南大学;2010年
4 叶晓峰;基于XML的冲压模具设计知识重用技术研究[D];华中科技大学;2010年
5 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
6 李奇南;钢板磁悬浮系统控制[D];浙江大学;2010年
7 朱建光;六相永磁同步电动机驱动控制系统的研究[D];沈阳工业大学;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 张洪阳;永磁风力发电机分布式直流并网变流器的研究与实现[D];沈阳工业大学;2011年
10 苏玲;微网控制及小信号稳定性分析与能量管理策略[D];华北电力大学(北京);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 刘欣丽;液压支架双伸缩立柱承载特性研究[D];山东科技大学;2010年
3 马秋环;太阳能辅助热泵多功能复合机的电气化改进及其控制[D];山东科技大学;2010年
4 张永臣;基于ARM的SVG型低压无功补偿控制器的研究[D];山东科技大学;2010年
5 杨列坤;基于运动控制的虚拟样机技术的研究[D];山东科技大学;2010年
6 王公旺;高压带电作业机器人运动控制系统的研究与实现[D];山东科技大学;2010年
7 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
8 李安新;BP神经网络研究与硬件实现[D];山东科技大学;2010年
9 陈少华;基于Hopfield神经网络控制系统的研究[D];山东科技大学;2010年
10 殷慧;机器人假肢功能设计与分析[D];山东科技大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴文进;葛锁良;;基于LQR最优调节器的二级倒立摆控制系统[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2007年02期
2 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
3 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
4 杨亚炜,张明廉;倒立摆系统的运动模态分析[J];北京航空航天大学学报;2002年02期
5 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
6 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
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
8 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
9 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
10 柏桂珍,梅晓榕,王述一;倾斜轨道上的三级倒立摆数学模型的建立与可控性研究[J];电机与控制学报;2003年02期
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 曾(土自);小车—二级摆摆起倒立的仿人智能控制研究[D];重庆大学;2001年
2 徐建明;PID控制器及其设计方法研究[D];浙江工业大学;2003年
3 董红生;PID控制器的参数自动整定方法研究[D];兰州理工大学;2003年
4 何芝强;PID控制器参数整定方法及其应用研究[D];浙江大学;2005年
5 李晓燕;平面一级倒立摆系统的智能控制策略研究[D];太原理工大学;2005年
6 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
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 任远;白广忱;;考虑滚动摩擦的倒立摆控制及其机电一体化联合仿真[J];自动化技术与应用;2011年01期
2 张涛;蒋静坪;;基于LQR算法的倒立摆动态可视控制系统[J];武汉理工大学学报(信息与管理工程版);2008年05期
3 范凯兴;嵇启春;;基于MCGS的远程监控倒立摆系统的开发与设计[J];工业控制计算机;2007年09期
4 齐国元,陈增强,袁著祉;倒立摆系统自适应高阶微分反馈控制(英文)[J];控制理论与应用;2004年05期
5 李虹,熊诗波,孙志毅;Simulink环境下倒立摆控制系统建模与仿真[J];太原科技大学学报;2005年03期
6 张振兴;张世峰;;基于Lyapunov函数的倒立摆系统设计[J];新技术新工艺;2007年05期
7 孙大卫;曾静;张国良;;基于卡尔曼滤波的一级倒立摆LQR控制研究[J];实验技术与管理;2007年02期
8 孙亮;常青;阮晓钢;王嶷然;;基于DSP的倒立摆控制系统设计[J];控制工程;2008年02期
9 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
10 陈进;王冠凌;邢景虎;;单级倒立摆的PID和模糊控制对比研究[J];自动化与仪器仪表;2009年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 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
2 滕万秀;;多车连挂系统动力学性能研究[A];中国铁道学会车辆委员会2004年度铁路机车车辆动态仿真学术会议论文集[C];2004年
3 潘双夏;刘静;冯培恩;高峰;;挖掘机器人虚拟样机的机电液一体化建模与仿真实现[A];中国工程机械学会2003年年会论文集[C];2003年
4 陈德桂;童伟雄;;虚拟样机成为开发新型低压电器的关键技术[A];中国电工技术学会低压电器专业委员会第十一届学术年会论文集[C];2002年
5 张豫南;王双双;张健;宋杰;;基于虚拟样机的全方位移动平台运动控制研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
6 杨林;张田文;柴旭东;;在复杂产品工程中对虚拟样机产品结构信息的集成[A];2003年全国系统仿真学术年会论文集[C];2003年
7 张晓伟;姚红良;李小彭;闻邦椿;;基于虚拟样机的桩机动态特性分析[A];首届泛珠三角先进制造技术论坛暨第八届粤港机电工程技术与应用研讨会论文专辑[C];2004年
8 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
9 朴明伟;闫雪冬;兆文忠;;基于铁路客车虚拟样机的垂向主动悬挂研究[A];中国铁道学会车辆委员会2004年度铁路机车车辆动态仿真学术会议论文集[C];2004年
10 张军辉;徐兵;杨华勇;;基于虚拟样机的轴向柱塞泵柱塞副性能研究[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
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;2002,成绩不俗[N];中国航天报;2003年
2 杭晓宁;ARJ21—机遇与挑战并存[N];中国航空报;2002年
3 晓舟;开发人机界面无需编程[N];中国计算机报;2001年
4 本报记者 徐恒;福大自动化:搭建通用技术平台[N];中国电子报;2011年
5 上海电器科学研究所特别顾问 何瑞华;智能电网建设促进产品智能化[N];中国工业报;2009年
6 祝文标;集散控制系统在水泥纯低温余热发电中的应用(下)[N];中国建材报;2010年
7 任续烨;凌华引导测控新时尚[N];中国计算机报;2003年
8 邹晓文;ESI集团和EASi公司结成战略合作伙伴[N];中国工业报;2003年
9 ;软件[N];计算机世界;2009年
10 中国航天科工集团公司科技委顾问、三院信息化总师 刘永才;打造国际一流数字化研究院[N];中国航天报;2011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 郝赫;多轴重型汽车刚弹耦合虚拟样机分析与匹配[D];吉林大学;2011年
4 张锦光;磁悬浮转子系统建模技术及其虚拟样机研究[D];武汉理工大学;2010年
5 刘贤喜;机械系统虚拟样机仿真软件的实用化研究[D];中国农业大学;2001年
6 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
7 刘静;挖掘机器人虚拟样机建模技术及其应用研究[D];浙江大学;2005年
8 杨仕;摩托车动态设计及其性能评价方法研究[D];重庆大学;2009年
9 杨忠炯;地下铲运机多体系统虚拟样机建模及系统动态特性仿真研究[D];中南大学;2007年
10 钟小强;个性化产品快速响应设计方法研究[D];中国科学技术大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 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
4 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
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 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
7 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
8 钱征;基于强化学习的倒立摆控制研究[D];北京工业大学;2005年
9 王瑞霞;基于强化学习的倒立摆控制[D];北京工业大学;2005年
10 黄苑虹;倒立摆系统的稳定控制研究[D];广东工业大学;2002年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026