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《西安理工大学》 2007年
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直线倒立摆的稳定控制研究

周党伟  
【摘要】: 直线倒立摆是一个典型的快速、多变量、非线性和本质不稳定系统。在控制过程中,它能有效的反映诸如稳定性、鲁棒性、随动性及跟踪等控制中的关键问题,是检验各种控制理论和算法的理想模型,对倒立摆系统的研究具有重要的理论价值。本文采用Matlab RTW实时工具箱构建实时控制平台,将Simulink仿真模型下载到目标实时内核中运行,驱动外部硬件设备,实现对倒立摆的实时控制。论文以深圳固高公司直线倒立摆为研究对象,进行了不同控制算法的研究和实验,并得出了相应的结论。主要研究内容如下: 1)介绍了倒立摆控制的背景和研究现状,同时对倒立摆系统进行建模,并推导出了倒立摆模型的状态空间表达式; 2)研究了基于留优遗传算法的直线倒立摆最优控制方法,实现了二级倒立摆的最优控制; 3)研究了自适应模糊神经网络(Adaptive Neural-Fuzzy Inference System,ANFIS)控制,并将其用于倒立摆的控制; 4)介绍了支持向量机理论与支持向量机回归的原理,将支持向量机用于模糊规则的提取、简化,构造出支持向量机模糊推理系统并实现了对倒立摆的控制。通过与神经网络方法的比较证明了该方法的有效性和可行性。 研究发现,基于留优遗传算法的最优控制在计算和工程上实现容易,目前在倒立摆控制系统中应用普遍,但该方法依赖于系统的线性化模型,对于复杂的工业过程无法获得线性模型的对象则无能为力;ANFIS可辨识本质非线性系统,用混合学习算法 调节前件参数和后件参数,收敛速度快,但是模糊神经网络的结构需要由设计者在训练前选定;支持向量机模糊推理系统能自动的从训练样本中提取支持向量,根据支持向量构建模糊规则,在不能事先确定模糊规则的复杂系统控制中有着广泛的应用,是模糊建模及非线性系统控制新的研究方向。
【学位授予单位】:西安理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TP273

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 邓丽霞;基于Backstepping和MATLAB/Simulink的直线型一级倒立摆系统的控制器设计与实时控制研究[D];浙江工业大学;2008年
2 杨蕾;倒立摆的奇异摄动方法建模与控制[D];南京理工大学;2008年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 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
2 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
3 罗成,胡德文,祝晓才,董国华;基于LQR和模糊插值的五级倒立摆控制[J];控制与决策;2005年04期
4 张乃尧;倒立摆的双闭环模糊控制[J];控制与决策;1996年01期
5 张学工;关于统计学习理论与支持向量机[J];自动化学报;2000年01期
6 阎辉,张学工,李衍达;支持向量机与最小二乘法的关系研究[J];清华大学学报(自然科学版);2001年09期
7 朱江滨,易建强;二级倒立摆的摆起控制[J];系统仿真学报;2003年07期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王东霞;张楠;路晓丽;;基于育种算法的SVM参数优化[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年04期
2 陶秀凤,唐诗忠,周鸣争;基于支持向量机的软测量模型及应用[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2004年02期
3 程伟;张燕平;赵姝;;支持向量机在粮食产量预测中的应用[J];安徽农业科学;2009年08期
4 武素华;;基于最小二乘支持向量机的土壤含水量检测的研究与分析[J];安徽农业科学;2009年09期
5 陈念;沈佐民;;基于化学成分检测和SVM分类的茶叶品质鉴定[J];安徽农业科学;2010年15期
6 黄远顺;;矫直机的自动故障预报技术[J];安徽冶金;2012年01期
7 林春丽;齐欣;王克成;;SVM-KNN分类器在异常行为检测中的应用[J];辽宁科技大学学报;2010年05期
8 王亮;胡静涛;;基于LS-SVM的光刻过程R2R预测控制方法[J];半导体技术;2012年06期
9 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
10 蒋金哲;;单旋翼涵道风扇式无人直升机的钟摆现象与控制[J];兵工自动化;2007年05期
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1 宋海鹰;桂卫华;阳春华;;基于核偏最小二乘的简约最小二乘支持向量机及其应用研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 顾小军;杨世锡;钱苏翔;;基于支持向量机的旋转机械多类故障识别研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 吕蓬;柳亦兵;马强;魏于凡;;支持向量机在齿轮智能故障诊断中的应用研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 姜明辉;袁绪川;;基于GA优化的个人信用评估SVM模型[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 韩露;余正涛;邓锦辉;章程;毛存礼;郭剑毅;;领域知识关系对领域文本分类的影响[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
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10 晋朝勃;胡刚强;史广智;李玉阳;;一种采用支持向量机的水中目标识别方法[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
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1 母丽华;煤矿安全预警系统的方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 朱广平;混响干扰中的信号检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 孔凡芝;引线键合视觉检测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 郑大腾;柔性坐标测量机空间误差模型及最佳测量区研究[D];合肥工业大学;2010年
5 王晓明;基于统计学习的模式识别几个问题及其应用研究[D];江南大学;2010年
6 李先锋;基于特征优化和多特征融合的杂草识别方法研究[D];江苏大学;2010年
7 刘卫红;垃圾邮件检测与过滤关键技术研究[D];华南理工大学;2010年
8 汪春梅;癫痫脑电信号特征提取与自动检测方法研究[D];华东理工大学;2011年
9 张目;高技术企业信用风险影响因素及评价方法研究[D];电子科技大学;2010年
10 向国齐;支持向量回归机代理模型设计优化及应用研究[D];电子科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 展慧;基于多源信息融合技术的板栗分级检测方法研究[D];华中农业大学;2010年
2 杜二玲;拟概率空间上等均值噪声下统计学习理论的理论基础[D];河北大学;2007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 李金华;基于SVM的多类文本分类研究[D];山东科技大学;2010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 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
7 安文娟;Fisher和支持向量综合分类器[D];辽宁师范大学;2010年
8 姜成玉;基于支持向量机的时间序列预测[D];辽宁师范大学;2010年
9 姜念;区间自适应粒子群算法研究及其应用[D];郑州大学;2010年
10 李朋勇;基于全矢高阶谱的故障诊断方法及其应用研究[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
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1 井元伟,李文磊,刘晓平,康爱民;TCSC的非线性逆推设计[J];东北大学学报;2003年01期
2 邢景虎;陈其工;江明;;基于LQR的直线一级倒立摆最优控制系统研究[J];工业仪表与自动化装置;2007年06期
3 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
4 单波,徐燕,赵建涛;预测控制算法及其在倒立摆中的应用[J];华北电力大学学报;2001年02期
5 项湜伍;陈元春;刘新铭;;基于模糊神经网络的倒立摆控制系统[J];计算机应用与软件;2006年10期
6 王兴成,姜晓红,张健;非线性船舶航向控制器Backstepping设计[J];控制工程;2002年05期
7 陈宏钧;胡维庆;谭广军;张晓华;;单级倒立摆LQR最优控制及其嵌入式系统实现[J];控制工程;2007年S1期
8 喻向阳;宋鹏云;张长胜;;状态反馈H_∞控制器设计的线性矩阵不等式方法[J];昆明理工大学学报(理工版);2006年02期
9 刘琛;周军;;倒立摆变结构控制系统的设计与实验[J];科学技术与工程;2007年07期
10 程代展,洪奕光,秦化淑;多输入非线性系统后推(Backstepping)型(英)[J];控制理论与应用;1998年06期
中国硕士学位论文全文数据库 前4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 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
3 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
4 刘春涛;倒立摆系统的鲁棒控制研究[D];哈尔滨理工大学;2007年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 张展;三角结构NARMAX模型的Backstepping控制[D];河北科技大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 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
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
3 李洪兴;模糊控制的插值机理[J];中国科学E辑:技术科学;1998年03期
4 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
5 王国俊;模糊推理的全蕴涵三I算法[J];中国科学E辑:技术科学;1999年01期
6 李洪兴;模糊逻辑系统与前向式神经网络等价[J];中国科学E辑:技术科学;2000年02期
7 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
8 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
9 李洪兴;Fuzzy控制的本质与一类高精度Fuzzy控制器的设计[J];控制理论与应用;1997年06期
10 张乃尧;倒立摆的双闭环模糊控制[J];控制与决策;1996年01期
【相似文献】
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1 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
2 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
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8 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
9 曾孟雄;方春娇;赵千惠;;单级旋转倒立摆极点配置与二次型最优控制[J];机电工程;2010年03期
10 李明;郭焕银;;基于MATLAB的倒立摆系统PID控制[J];宿州学院学报;2010年02期
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1 林杰华;张斌;李冬森;宋华茂;余志强;王浩;;支持向量机在电力客户信用评级中的应用[A];全国第21届计算机技术与应用学术会议(CACIS·2010)暨全国第2届安全关键技术与应用学术会议论文集[C];2010年
2 蒋铁军;张怀强;李积源;;多变量系统预测的支持向量机方法研究[A];管理科学与系统科学研究新进展——第7届全国青年管理科学与系统科学学术会议论文集[C];2003年
3 黄淑云;孙兴玉;梁汝萍;邱建丁;;基于小波支持向量机预测蛋白质亚细胞定位研究[A];第十一届全国计算(机)化学学术会议论文摘要集[C];2011年
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2 李水根;计算机详解配伍与药效关系[N];健康报;2005年
3 清华大学 苏光大;非接触式人脸识别技术[N];计算机世界;2006年
4 YMG记者 李仁 通讯员 曲华明 孙运智;我市九项目进入省“盘子”[N];烟台日报;2010年
5 上海大学理学院教授、副院长 陆文聪;酷爱化学 孜孜以求[N];中国化工报;2006年
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7 记者 耿挺;蛋白质功能算出来[N];上海科技报;2007年
8 周颖;王米渠与中医心理学[N];中国中医药报;2006年
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1 杜小芳;基于CPFR的农产品采购模型研究[D];华中科技大学;2005年
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3 栾锋;支持向量机(SVM)和径向基神经网络(RBFNN)方法在化学、环境化学和药物化学中的应用研究[D];兰州大学;2006年
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5 常群;支持向量机的核方法及其模型选择[D];哈尔滨工业大学;2007年
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7 田英杰;支持向量回归机及其应用研究[D];中国农业大学;2005年
8 燕忠;基于蚁群优化算法的若干问题的研究[D];东南大学;2005年
9 任东;基于支持向量机的植物病害识别研究[D];吉林大学;2007年
10 杨金芳;支持向量回归在预测控制中的应用研究[D];华北电力大学(河北);2007年
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1 周党伟;直线倒立摆的稳定控制研究[D];西安理工大学;2007年
2 刘艳伟;支持向量机方法在感潮河段洪峰水位预报中的应用[D];浙江大学;2010年
3 杨镭;支持向量机算法设计及在高分辨雷达目标识别中的应用[D];国防科学技术大学;2010年
4 童振;基于支持向量机的电解液成分预测[D];东北大学;2008年
5 聂小芳;模糊粗糙集与支持向量机在煤与瓦斯突出预测中的应用研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
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10 王奇安;基于广泛内核的CVM算法研究及参数C的选择[D];南京航空航天大学;2009年
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