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《华中科技大学》 2006年
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倒立摆系统的智能控制研究

任祖华  
【摘要】: 倒立摆系统是一个典型的单输入多输出、非线性、复杂的不稳定系统,对这样一个复杂系统的研究,从理论上将涉及系统控制中的很多关键问题,如非线性问题、鲁棒性问题、镇定问题、随动问题以及跟踪问题等。同时,对倒立摆控制的研究具有重要的工程背景,其控制方法在军工、航天、机器人和一般工业过程领域中都有着广泛的用途。 本文以FEEDBACK公司的数字倒立摆为研究对象,进行了多种算法的仿真和实时实验,并得出了相应的结论。 基于LQR方法设计了一个状态反馈控制器,对倒立摆系统的线性化模型进行了MATLAB仿真和实时控制,结果表明,该控制器可以使倒立摆的摆杆在竖直向上的小区域内保持稳定。 将遗传算法用于整定PID控制器的参数,并对倒立摆的起重机(CRANE)模式进行仿真和实时控制,取得较为满意的控制效果。 本文还研究了倒立摆系统的模糊控制,设计了一个基于Mamdani型的模糊推理系统,将小车和摆杆分别建立模糊规则,大大减少了模糊规则数,实验结果表明该控制器不但能使系统稳定,还具有较强的抗扰动能力。 采用神经网络模糊控制的思想,本文借助MATLAB模糊工具箱,先产生一个初始的T-S型的模糊推理系统,通过对样本数据的学习,调整各变量的隶属度函数,训练出一个有效的模糊控制器,取得了较好的控制效果。 另外,本文借助一个实用的神经网络辨识软件包(nnsysid),对倒立摆进行神经网络辨识,并对各种模型的结构、辨识效果等进行了讨论。结果表明利用输入输出延迟项构成的神经网络结构建立的倒立摆神经网络模型是可行的。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TP18

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 王强;陈炜;赵新华;;直线倒立摆的快速起摆与稳摆控制研究[J];机械设计与制造;2013年05期
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 王广瑞;倒立摆系统自适应神经网络学习算法的研究[D];西安工业大学;2011年
2 崔艳超;液压弯辊板形智能控制方法研究[D];燕山大学;2011年
3 王强;直线倒立摆的起摆和稳摆智能控制研究[D];天津理工大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 龙威;袁锐波;曾浩;张宗成;;压电式气动伺服阀控制策略的研究[A];第十五届流体动力与机电控制工程学术会议论文集[C];2011年
2 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
3 王秀红;刘梦良;;平方可积扰动下线性系统二次鲁棒最优控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 朱小六;蒋鼎国;张宇林;徐保国;;发酵过程中溶解氧智能控制系统的研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 修杰;夏长亮;;开关磁阻电机的模糊自适应PID控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 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
7 戎袁杰;汤洪海;郑雪生;王荣蓉;李春文;;单相并联有源滤波器的神经网络控制策略研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 孟庆金;权悦;景绍洪;;热电厂CFB锅炉燃烧智能控制策略研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
9 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
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 冷欣;船用增压锅炉汽包水位预测控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 张进;地震叠前数据的弹性阻抗非线性反演方法研究[D];中国海洋大学;2009年
3 徐晓冰;光伏跟踪系统智能控制方法的研究[D];合肥工业大学;2010年
4 汪木兰;神经网络硬化实现的共性技术在电力传动中应用研究[D];合肥工业大学;2010年
5 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
6 程如岐;基于Z拓扑的光伏并网逆变器研究[D];南开大学;2010年
7 南栋祥;具突变性对象的量子神经网络突变波函数及权重波函数的分析与研究[D];昆明理工大学;2009年
8 汤亮;基于综合效益评价的陶瓷产品全生命周期理论研究及应用[D];武汉理工大学;2010年
9 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
10 刘美玲;融合多元环境因子的水稻重金属污染水平遥感评估模型[D];中国地质大学(北京);2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 冯小冬;基于模糊PID控制的呼吸机压力控制研究[D];南京医科大学;2010年
2 汪步云;水下作业机械手抓取力伺服控制的研究[D];安徽工程大学;2010年
3 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
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 邵建桥;液压混合动力汽车能量再生系统特性仿真研究[D];山东科技大学;2010年
6 岳光亮;基于液压制动行星调速软起动系统的研究设计[D];山东科技大学;2010年
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8 高丽丽;大功率电动汽车多功能智能快速充电机的研究[D];山东科技大学;2010年
9 滕景忠;智能瓦斯传感器的研制[D];山东科技大学;2010年
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【同被引文献】
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 杨波;王俊奎;;无人机舵面负载模拟系统的小脑模型控制[J];北京航空航天大学学报;2009年11期
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5 刘宏民;贾春玉;单修迎;;智能方法在板形控制中的应用[J];燕山大学学报;2010年01期
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8 颜振萍;艾剑良;;ANFIS在飞机稳定控制系统中的应用[J];复旦学报(自然科学版);2010年04期
9 李成功,赵昱;Matlab下实现的实时数据采集和处理[J];风机技术;2002年01期
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 张秀玲;冷带轧机板形智能识别与智能控制研究[D];燕山大学;2003年
2 贾春玉;高精度宽带钢冷轧机板形模糊神经控制的研究[D];燕山大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 刘俊;弯辊液压系统动静态特性的研究和仿真[D];重庆大学;2004年
3 关红洲;倒立摆自动起摆和稳定控制系统及策略研究[D];浙江大学;2005年
4 田文波;液压弯辊控制系统的仿真与优化[D];重庆大学;2005年
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6 王强;基于自适应神经模糊推理的倒立摆控制研究[D];南京理工大学;2006年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 孟巧荣;;倒立摆系统虚拟样机仿真[J];机械工程与自动化;2007年05期
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5 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
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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
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3 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
4 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
5 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
6 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
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9 李晔;;基于遗传算法和神经网络的二级倒立摆控制系统[A];第25届中国控制会议论文集(中册)[C];2006年
10 张环宇;刘长有;;基于Matlab模糊控制工具箱的倒摆系统仿真[A];2002中国控制与决策学术年会论文集[C];2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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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 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
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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 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
7 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
8 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
9 RAFI YOUSSEF;基于滑模控制方法的故障容错控制系统研究[D];中南大学;2012年
10 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
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 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
6 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
7 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
8 王瑞霞;基于强化学习的倒立摆控制[D];北京工业大学;2005年
9 黄苑虹;倒立摆系统的稳定控制研究[D];广东工业大学;2002年
10 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
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