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《广东工业大学》 2002年
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倒立摆系统的稳定控制研究

黄苑虹  
【摘要】: 倒立摆系统的控制研究长期以来被认为是控制理论及其应用领域里引起人们极大兴趣的问题。它是检验各种新的控制理论和方法的有效性的著名实验装置。作为一个高阶、非线性不稳定系统,倒立摆的稳定控制相当困难,对该领域的学者来说是一个极具挑战性的难题。 本文在阐述了倒立摆系统控制的研究发展过程和现状之后,介绍了倒立摆系统的结构和数学模型。并详细推导了四级倒立摆的数学模型,为更高层次的控制规律的研究提供了一个途径。其次,本文主要研究倒立摆系统的各种控制方法。以MATLAB及SIMULINK为基础,作了大量的仿真研究工作,比较了各种方法的控制效果。并提出了两种新的控制方案,以降低多变量系统的维数,达到了有效控制。最后,以一台实际的倒立摆设备为对象,将原有的模拟控制器改造,设计了一个由80C196单片机及其外围电路组成的数字控制器,用以控制倒立摆系统,完成了硬件、软件的设计,并进行了调试。 整个论文的完成,以一定的理论为基础,既有数学模型的推导,方法理论的探讨,又有实际的设计过程。而且研究对象相当典型,故本课题有着重大的理论意义和实际意义。
【学位授予单位】:广东工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TP13

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 王招治;;基于MATLAB的旋转倒立摆的控制与仿真分析[J];机电技术;2012年04期
2 王雪;柴毅;丁宝苍;申建军;;自动控制原理开放性实验的开发[J];实验室研究与探索;2011年07期
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 张鸿雁;基于多种群遗传算法的模糊控制系统优化设计[D];东北石油大学;2011年
2 何国瑞;直线倒立摆系统的若干控制方法研究[D];哈尔滨理工大学;2011年
3 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
4 张霞;基于DSP实现对倒立摆的控制[D];青岛科技大学;2006年
5 管凤旭;倒立摆系统的可拓控制策略及实验研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
6 张赟宁;MATLAB环境下控制系统综合实验平台设计与实现[D];重庆大学;2006年
7 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
8 王雪;基于小车倒立摆的自动控制原理开放性实验的开发与研究[D];重庆大学;2007年
9 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
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 逄海萍;IR2111和IR2130在PWM直流伺服系统中的应用[J];电气传动自动化;2001年03期
2 曹仁贤,茆美琴,许沐华;六输出高压驱动器IR2130的应用[J];国外电子元器件;1996年09期
3 梁任秋,赵松,唐悦,赵永生;二节倒立摆的数字控制器设计[J];控制理论与应用;1987年01期
4 黄永宣;自动平衡倒置摆系统——一个有趣的经典控制理论教学实验装置[J];控制理论与应用;1987年03期
5 刘妹琴,廖晓昕,陈际达,李湘林;用进化RBF神经网络控制二级倒立摆[J];控制理论与应用;2000年04期
6 张毅,李人厚;基于基因算法的多变量模糊控制器的设计[J];控制理论与应用;1996年04期
7 张乃尧;倒立摆的双闭环模糊控制[J];控制与决策;1996年01期
8 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
9 郑浩,罗抟翼,贺洪斌;基于多级遗传算法的模糊隶属度函数的优化[J];沈阳工业大学学报;2000年03期
10 王建辉,杨大鹏,顾树生;带有自调整因子和积分校正环节的双环模糊控制系统的研究[J];沈阳工业大学学报;1998年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱夜明;乔宗敏;;延迟混沌神经网络的数值解法[J];安徽教育学院学报;2006年06期
2 刘苏南,刘风娟;最小相角系统稳定性的一种判别方法[J];安徽大学学报(自然科学版);1999年04期
3 尹辉娟;史智兴;;模糊控制技术在节水灌溉中的应用[J];安徽农业科学;2009年23期
4 冯瑞琴;;基于PLC和模糊控制技术的污水处理控制系统设计与实现[J];安徽农业科学;2011年34期
5 曹成茂,訾非;电磁调速异步电动机控制器[J];安徽农业大学学报;1997年02期
6 朱夜明;乔宗敏;;一道数学建模问题的Matlab求解方法[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2006年01期
7 张继东;苏玫舒;;自动控制在废水处理中的应用[J];鞍山科技大学学报;2007年04期
8 王东云;范为福;;自动控制原理双语教学改革的实践与探讨[J];北京大学学报(哲学社会科学版);2007年S2期
9 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
10 周世官,李钟侠;神经网络结构及其权值优化的遗传算法[J];兵工自动化;2004年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 ;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
2 侯广松;刘伟生;;适用于地区电网的短期负荷预测方法的研究[A];2005中国电机工程学会电力系统自动化专委会全国供用电管理自动化学术交流暨供用电管理自动化学科组第二届年会论文集[C];2005年
3 刘智勇;阮太元;李烨;;模糊控制在静电除尘领域中的应用[A];中国自动化学会中南六省(区)2010年第28届年会·论文集[C];2010年
4 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
5 吴黎明;伍冯洁;邓耀华;何仲凯;;基于RS-485网络的产品老化间微机集散温控系统[A];先进制造技术论坛暨第二届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2003年
6 张智娟;;MATLAB/SIMULINK在电力电子学基础课程中的应用[A];全国高等学校电子技术研究会2006年年会论文集[C];2006年
7 王雅生;张庆;蔡洪能;;CO_2焊焊接电流多因子自调整模糊控制器的研究[A];第三届21世纪中国焊接技术研讨会论文专刊[C];2001年
8 李强;张茂青;孙长岭;李子曦;;基于遗传算法的模糊神经网络PID控制器研究[A];江苏省系统工程学会第十一届学术年会论文集[C];2009年
9 张家桂;;等M圆轨迹的一个重要性质及其证明[A];1993中国控制与决策学术年会论文集[C];1993年
10 刘志东;朱兆勇;;倾斜导轨上的二级倒立摆的最优鲁棒伺服控制[A];1994中国控制与决策学术年会论文集[C];1994年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 邵宗凯;无刷双馈电机建模及智能控制策略研究[D];华中科技大学;2010年
2 詹跃东;质子交换膜燃料电池的综合智能协调控制研究[D];昆明理工大学;2010年
3 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
4 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
5 何磊;基于FlexRay总线的线控转向系统双电机控制方法研究[D];吉林大学;2011年
6 白羽;不同生态因子下LMBR处理制药废水运行效能及数学模型[D];东北林业大学;2011年
7 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
8 葛俊旭;兆瓦级垂直轴风力发电机组的关键技术研究[D];浙江大学;2010年
9 王炼红;人工免疫优化与分类算法及其应用研究[D];湖南大学;2009年
10 王启源;独轮自平衡机器人建模与控制研究[D];北京工业大学;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 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 史大伟;宽频调速系统设计及精度分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 姜辉;二级倒立摆控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 吴天柱;基于DSP转台伺服控制系统的设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 孙立晶;基于模糊-PID算法的柴油机调速控制策略设计与研究[D];哈尔滨工程大学;2010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 张雪;基于变论域自适应模糊控制理论的三级倒立摆控制器的研究[D];大连理工大学;2010年
10 王剑;掘进机器人控制算法研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
【同被引文献】
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 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 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
4 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
5 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
6 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
7 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
8 ;世界首例四级倒立摆实物控制系统在我校试验成功[J];北京师范大学学报(自然科学版);2002年05期
9 朱仁庆,王志东,杨松林;完全非线性波的数值模拟[J];船舶力学;2002年05期
10 冯国良;模糊控制技术的发展及应用[J];重庆工业高等专科学校学报;2001年02期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 徐红兵;孙增圻;孙富春;;二级倒立摆的模糊神经滑模控制的研究[A];1996年中国智能自动化学术会议论文集(上册)[C];1996年
2 肖磊;张阿卜;;基于遗传算法的实用的模糊控制器的优化设计[A];2005年中国智能自动化会议论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前1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
中国硕士学位论文全文数据库 前10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 张晓明;多种多级倒立摆系统控制和仿真环境的研究[D];南京航空航天大学;2003年
3 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
4 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
5 王红霞;二级倒立摆的稳定控制[D];西北工业大学;2002年
6 孙慢;电液伺服系统的可拓控制策略及实验研究[D];燕山大学;2004年
7 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
8 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
9 赵剑;基于一种混合遗传算法的模糊控制器的研究[D];武汉科技大学;2004年
10 刘时鹏;MATLAB环境下直线单级倒立摆系统实时控制实验的研究与设计[D];重庆大学;2004年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 王晓燕;;论述Matlab环境下的过程控制模拟实验[J];赤峰学院学报(自然科学版);2012年03期
2 苏盈盈;刘兴华;罗彦玲;汪德彪;李太福;;讲座式教学在自动控制原理课程中的改革与探索[J];重庆科技学院学报(社会科学版);2012年13期
3 张维威;余章平;;基于可拓算法的倒立摆控制仿真研究[J];电脑知识与技术;2012年17期
4 杨春燕;李兴森;;可拓创新方法及其应用研究进展[J];工业工程;2012年01期
5 耿东光;孙志毅;柏艳红;;RTWT环境下PCI-16MFP数据I/O接口技术的研究[J];工业控制计算机;2011年05期
6 李涛;;基于Matlab自动控制原理实验教学[J];科技信息;2012年05期
7 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
8 茹斐斐;张镭;汤乐;;基于SimMechanics的直线六级倒立摆LQR控制研究[J];河南大学学报(自然科学版);2012年06期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 何海娟;基于改进多目标粒子群算法的鲁棒控制方法研究[D];华东理工大学;2011年
2 王蓉;基于倒立摆系统的稳定控制算法研究[D];西安电子科技大学;2011年
3 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
4 耿东光;MATLAB环境下锅炉控制系统实时控制的设计与研究[D];太原科技大学;2011年
5 张燕;LabWindows/CVI在倒立摆控制系统中的应用[D];新疆大学;2011年
6 杨保兰;基于可拓集合理论的地铁施工灾害警情可控度研究[D];天津理工大学;2011年
7 姚文昊;自平衡式两轮电动车运动控制技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 路珺;独轮自平衡车设计方法研究[D];黑龙江大学;2011年
9 管凤旭;倒立摆系统的可拓控制策略及实验研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
10 李智慧;矢量水听器校准系统自动化研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 梁任秋,赵松,唐悦,赵永生;二节倒立摆的数字控制器设计[J];控制理论与应用;1987年01期
2 曹仁贤,余世杰,沈玉梁;光伏空调系统的两相正弦驱动研究[J];太阳能学报;1993年03期
3 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
4 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
5 张清华;一种带智能积分的自调整因子模糊控制器[J];自动化与仪器仪表;1996年05期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 任祖华,王永骥;基于倒立摆系统的神经网络辅助教学设计[J];实验室研究与探索;2005年S1期
2 郭钊侠,方建安,苗清影;倒立摆系统及其智能控制研究[J];东华大学学报(自然科学版);2003年02期
3 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
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5 李英姿,林耀海;基于单片机实现的智能控制倒立摆[J];计算机应用研究;2000年08期
6 郭峰,曹其新,赵言正,朱伟华;基于视觉伺服的倒立摆实验平台的研究[J];机械设计与研究;2003年04期
7 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
8 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
9 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
10 丛爽,张冬军,魏衡华;单级倒立摆三种控制方法的对比研究[J];系统工程与电子技术;2001年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 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
4 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
5 任祖华;王永骥;;非线性倒立摆系统的神经网络辨识[A];04'中国企业自动化和信息化建设论坛暨中南六省区自动化学会学术年会专辑[C];2004年
6 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
7 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
8 易建强;;平行二级倒立摆系统的稳定控制[A];第二十一届中国控制会议论文集[C];2002年
9 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
10 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
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 孔令宏;处理信访老案 疏通申诉渠道[N];江苏法制报;2007年
3 本报记者 刘泉;今年物价涨幅能否稳定控制[N];人民日报海外版;2008年
4 刘耀明;涟钢冷轧板产品质量稳定控制[N];世界金属导报;2006年
5 梅隆;江苏重大动物疫病保持稳定控制[N];农民日报;2007年
6 记者 刘晓帆;我市多管齐下治理超限超载[N];铜川日报;2008年
7 张卉 童丹勤;首次进行“业务实战”[N];华中电力报;2008年
8 YMG记者 孟宪臣;烟企“智造”量产平衡车[N];烟台日报;2010年
9 记者 陆大生;艾滋病日益肆虐非洲[N];新华每日电讯;2000年
10 梅隆;江苏重大动物疫病保持稳定控制[N];中国畜牧兽医报;2007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 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
4 邹恩;混沌优化技术及其在模糊控制系统中的应用研究[D];中南大学;2005年
5 李传翘;机电对象的自适应模糊控制[D];华南理工大学;1997年
6 王绍部;基于广域测量系统的电力系统动态稳定分析及控制[D];浙江大学;2009年
7 吴军;基于功率平衡保护原理的电力系统紧急控制研究[D];华中科技大学;2006年
8 杨永;不确定性非线性系统的自适应鲁棒控制及其应用[D];浙江大学;1997年
9 吴春勇;真空联合堆载预压软土路基稳定控制与沉降预测[D];吉林大学;2007年
10 毛安家;面向过程测量数据的暂态稳定算法研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 黄苑虹;倒立摆系统的稳定控制研究[D];广东工业大学;2002年
2 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
3 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
4 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
5 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
6 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
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 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
9 李恺;倒立摆伺服系统设计与实验研究[D];清华大学;2004年
10 李新飞;多级倒立摆控制技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
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