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《武汉理工大学》 2003年
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倒立摆的H_∞控制方法研究及应用

饶崇林  
【摘要】: 倒立摆是理想的自动控制理论研究实验平台,许多抽象的控制概念如系统稳定性、可控性、抗干扰能力等,都可以通过倒立摆直观地表现出来。因此,自从20世纪50年代以来,倒立摆就成了控制实验室的经典工具。 倒立摆的控制和杂技运动员的倒立表演有异曲同工之处,极富直观性和趣味性,许多控制理论的研究人员都乐于使用它们来验证新的控制思想。由于倒立摆系统的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合特性,它们被用来验证线性控制领域中不稳定系统的稳定化和非线性控制领域中的变结构控制、无源性控制、自由行走、非线性观测器、摩擦补偿、非线性模型降阶等控制思想。另外,摆的起摆并保持在垂直向上方向上的平衡控制、混合系统的描述和混沌系统的控制也可以用倒立摆系统来很好地描述。因此,对倒立摆控制的研究被誉为“所有控制研究部门皇冠上的珍珠”;许多现代控制理论的研究人员一直将它们视为研究对象,并不断从中发掘出新的控制理论和控制方法,相关的成果在航空航天和机器人学方面获得了广阔的应用。可见,对倒立摆系统进行研究既具有意义深远的理论价值,又具有重要的工程背景和实际意义。 在本论文中,首先简要介绍了倒立摆系统的历史和鲁棒控制理论。接着详细地论述了H∞控制理论(含H∞状态反馈控制及其控制器的求解、参数不确定系统的鲁棒H∞控制、干扰抑制和鲁棒稳定性等问题),阐明了一、二轴倒立摆的系统组成及其工作原理,建立了一、二轴倒立摆系统的状态空间方程,设计了一、二轴倒立摆系统的H∞状态反馈控制器,并且进行了MATLAB仿真,给出了与LQR(Linear Quadratic Regulator)控制相比较的仿真结果和一轴倒立摆系统的实际控制曲线;在实物控制实验中,完成了一轴倒立摆的起摆控制和一、二轴倒立摆的平衡控制,取得了令人满意的结果。然后深入研究了固高科技有限公司设计的四轴运动控制器GM-400的工作原理、外围接口、指令系统和程序设计方法。最后讨论了倒立摆控制程序的设计思想、程序流程和主要功能函数的编写,构建了倒立摆的软件平台,为倒立摆系统的进一步开发和研究打下了良好的基础。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TP13

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 李冰;戴天虹;;鲁棒H_∞控制在林业机器人中的应用研究[J];林业机械与木工设备;2008年06期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 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
2 袁裕鹏;基于H_∞理论的单级旋转式倒立摆的控制与研究[D];武汉理工大学;2008年
【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 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
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5 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
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 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
2 阮治明;;二级倒立摆系统的最佳控制[J];兵工自动化;2006年01期
3 李红涛;李益华;雷蕾;;基于双闭环控制策略的倒立摆系统[J];兵工自动化;2009年12期
4 李冀鑫;徐彦军;侯志强;;基于H_∞混合灵敏度的着舰飞控系统[J];兵工自动化;2010年06期
5 武云鹏;管继富;顾亮;;车辆半主动悬架自适应预测控制[J];兵工学报;2011年02期
6 赵晓华;李振龙;于泉;张杰;;基于切换模型的两交叉口信号灯Q学习协调控制[J];北京工业大学学报;2007年11期
7 阮晓钢;郜园园;宋洪军;;基于操作条件反射自动机的仿生自主学习方法[J];北京工业大学学报;2011年11期
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9 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
10 朱艳伟;;基于单周期控制的统一电能质量调节器的设计[J];大功率变流技术;2009年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 彭涛;桂卫华;Ding Steven X;汤琼;李昊;;一种基于混合H_-/H_∞的故障检测系统优化设计方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
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3 陈奇;王林高;王士湖;王萧;;基于鲁棒H_∞状态反馈的风能转换系统的双频环容错控制[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
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5 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
6 钟瑞麟;曾建平;程鹏;;基于H_∞控制的二级倒立摆控制器的设计[A];2001中国控制与决策学术年会论文集[C];2001年
7 王钊;王维波;李树荣;时海涛;;基于集结模型的精馏塔H_∞控制器设计[A];2001中国控制与决策学术年会论文集[C];2001年
8 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
9 王钊;李树荣;;高纯度精馏塔的H_∞控制[A];第二十一届中国控制会议论文集[C];2002年
10 林岳松;王俊宏;薛安克;;二级倒立摆的简易多PD控制算法[A];第二十一届中国控制会议论文集[C];2002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 李高云;大型船舶航向/航迹智能容错控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王显峰;船舶运动鲁棒H_∞估计与预报研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 吴定会;风能转换系统的分析、控制与优化方法研究[D];江南大学;2010年
5 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
6 张志锋;感应电机无速度传感器直接转矩控制关键技术研究[D];沈阳工业大学;2010年
7 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
8 陈学松;强化学习及其在机器人系统中的应用研究[D];广东工业大学;2011年
9 周兰;基于连续—离散二维模型的周期系数线性系统鲁棒重复控制设计[D];中南大学;2011年
10 任剑;模糊环境下信息不完全的随机多准则决策方法研究[D];中南大学;2010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 郑洪波;虚拟倒立摆系统的控制研究[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 李娜;基于神经网络的非线性系统H_∞控制[D];广西师范学院;2010年
5 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
6 姜辉;二级倒立摆控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 翟欢欢;基于递推的船舶航向鲁棒控制器设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 周海旭;两轮自平衡机器人系统设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 王岱荣;空间多级倒立摆控制系统研究[D];大连理工大学;2010年
10 代小亚;时滞系统的稳定性研究[D];大连理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 阮治明;;二级倒立摆系统的最佳控制[J];兵工自动化;2006年01期
2 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
3 苗志宏,李洪兴,王加银;新型跟踪误差下的H~∞自适应模糊控制系统[J];北京师范大学学报(自然科学版);2005年01期
4 石艳妮,贾影;鲁棒控制理论的研究与发展[J];重庆工业高等专科学校学报;2004年06期
5 朴凤贤,张庆灵,张国山;不确定广义系统的鲁棒H_∞控制[J];东北大学学报;2003年08期
6 丁学明,张培仁,杨兴明,徐勇明;分层模糊控制在两轮移动式倒立摆中的应用[J];电机与控制学报;2005年04期
7 张飞舟,沈程智,范跃祖;利用单片机实现智能控制[J];电子技术应用;1998年09期
8 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
9 吕露,楼柿涛,蒋大真,张桂根,李永丰,胡钧,胡志强,张桂林,李民乾;基于互联网的扫描探针显微镜远程控制研究[J];高技术通讯;2000年04期
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中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 张健;H_∞鲁棒控制理论及其在二级倒立摆中的应用[D];大连海事大学;2003年
2 张姝;倒立摆网络控制系统的研究及实现[D];浙江大学;2005年
3 王轶卿;网络环境下倒立摆系统控制问题的研究[D];南京工业大学;2004年
4 刘琛;二级倒立摆系统的稳定控制研究[D];西北工业大学;2007年
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【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 李兆进;港口装卸机械的作业流程系统研究与开发[D];大连理工大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 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
2 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
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6 杨欣欣,何克忠,郭木河,张钹;基于神经网络的室外移动机器人前轮转向模型[J];自动化学报;2000年02期
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8 尹征琦,冯祖仁,陈辉堂;采用模拟调节器的二级倒立摆的控制[J];信息与控制;1985年01期
9 程福雁,钟国民,李友善;二级倒立摆的参变量模糊控制[J];信息与控制;1995年03期
10 胡正涛;姚纪文;;二节倒立摆的观测器设计与实现[J];黑龙江自动化技术与应用;1988年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 林红,夏淳;倒立摆的移动控制[J];苏州大学学报(自然科学版);2000年04期
2 崔平,翁正新;基于状态空间极点配置的倒立摆平衡控制[J];实验室研究与探索;2003年02期
3 林红,冯志华;基于LQG的弹性倒立摆动态稳定性控制[J];系统工程与电子技术;2003年12期
4 王永,孙颖娥,周烽;多级旋转式倒立摆的建模与分析[J];电机与控制学报;2004年03期
5 魏晓峰,姜长生;基于观测器的倒立摆变结构控制[J];盐城工学院学报(自然科学版);2005年02期
6 徐喆,张铁中;基于PLC技术的倒立摆系统的设计及控制试验[J];中国农业大学学报;2005年03期
7 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
8 陈振锋,张鹏,蔡毓峰,丁莉芬;基于模糊控制技术的倒立摆控制[J];中国民航学院学报;2004年06期
9 欧阳淑丽,符秀辉;倒立摆装置及其稳定性控制的研究[J];沈阳化工学院学报;2003年03期
10 李丽娟,赵英凯,胡盛祥;自适应神经网络模糊控制在倒立摆中的应用[J];南京工业大学学报(自然科学版);2004年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 吴向杰;;直线一级倒立摆的频率响应分析[A];第六届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集[C];2009年
2 周盛明;徐宇茹;邱立波;徐珂文;李廷军;;倒立摆模糊控制系统研究[A];2004全国测控、计量与仪器仪表学术年会论文集(上册)[C];2004年
3 张丽娟;涂亚庆;王保中;;小车-倒立摆系统数学模型[A];2005年中国智能自动化会议论文集[C];2005年
4 汤炳新;;网络环境下倒立摆的运动控制[A];人才、创新与老工业基地的振兴——2004年中国机械工程学会年会论文集[C];2004年
5 胡叔旖;孙增圻;;二级倒立摆的基于规则的控制的研究[A];1995年中国智能自动化学术会议暨智能自动化专业委员会成立大会论文集(上册)[C];1995年
6 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
7 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
8 叶华文;彭森第;桂卫华;阳春华;;惯性轮倒立摆的时滞状态反馈镇定[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
9 曾干文;;采用神经网络的倒立摆计算机学习控制[A];1994中国控制与决策学术年会论文集[C];1994年
10 高强;王云亮;刘洪锦;张鹏;刘凉;;智能控制系统的应用研究——基于MATLAB的倒立摆模糊控制实现[A];2003中国控制与决策学术年会论文集[C];2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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 江苏 黄忠良;3DMAX中表达式动画的控制方法[N];电脑报;2001年
3 YMG记者 孟宪臣;烟企“智造”量产平衡车[N];烟台日报;2010年
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7 本报实习记者 董毅然;地动仪复原难解许多谜团[N];北京科技报;2004年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张晓宇;非线性系统智能自适应滑模控制及其应用研究[D];浙江大学;2006年
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3 李传翘;机电对象的自适应模糊控制[D];华南理工大学;1997年
4 王光宏;Lorenz流形的数值分析[D];同济大学;2007年
5 李承;基于单周控制理论的有源电力滤波器与动态电压恢复器研究[D];华中科技大学;2005年
6 颜克权;大型国有企业人力资源成本控制方法研究[D];华中科技大学;2006年
7 田学民;结构非线性随机地震反应与滤波的理论研究及应用[D];西南交通大学;2003年
8 李彪;孤立子理论中若干精确求解方法的研究及应用[D];大连理工大学;2004年
9 邹岩崑;局域波分析的理论方法研究及应用[D];大连理工大学;2004年
10 郑玉辉;裂隙岩体注浆浆液与注浆控制方法的研究[D];吉林大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 饶崇林;倒立摆的H_∞控制方法研究及应用[D];武汉理工大学;2003年
2 李恺;倒立摆伺服系统设计与实验研究[D];清华大学;2004年
3 陈华龙;基于DSP的倒立摆控制系统研究[D];广东工业大学;2004年
4 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
5 罗晓东;倒立摆网络实验系统的研究[D];南京理工大学;2004年
6 林光云;基于Web的倒立摆远程监控系统研究[D];浙江工业大学;2004年
7 李雨晨;模糊滑模控制方法研究[D];沈阳工业大学;2004年
8 王建;二级倒立摆的控制研究[D];大连理工大学;2001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 智立甫;基于MATLAB的智能控制系统仿真研究[D];河北农业大学;2004年
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