具有H_(∞)性能的输入受限三级倒立摆控制器设计

1

作者 韩光信 张保葵 《河南科技》 2024年第17期4-9,共6页

【目的】针对直线三级倒立摆控制输入受限下的稳摆控制问题,设计了具有H_(∞)性能的输入受限三级倒立摆控制器。【方法】利用线性矩阵不等式(LMI)方法,将控制输入约束问题转化为利用线性矩阵不等式求解优化值的优化问题,经Lyapunov稳定... 【目的】针对直线三级倒立摆控制输入受限下的稳摆控制问题,设计了具有H_(∞)性能的输入受限三级倒立摆控制器。【方法】利用线性矩阵不等式(LMI)方法,将控制输入约束问题转化为利用线性矩阵不等式求解优化值的优化问题,经Lyapunov稳定性推导出符合条件的LMI,利用MATLAB中的LMI工具箱求解得到有效的K。进一步在控制输入受限下引入H_(∞)性能指标,使所设计的控制输入受限下的算法具有H_(∞)性能。【结果】仿真结果表明,该控制器对于控制输入受限下的复杂高阶次不稳定系统具有很好的控制效果。【结论】控制输入信号在给定的受限范围内实现了三级倒立摆的稳摆要求,且引入H_(∞)性能指标后控制输入和摆杆波动更小。 展开更多

关键词 直线三级倒立摆 控制输入受限 线性矩阵不等式(LMI) H_(∞)性能指标

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三级倒立摆系统基于滑模的鲁棒控制 被引量：15

2

作者 张克勤 苏宏业 +1 位作者 庄开宇 褚健 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第4期404-409,共6页

倒立摆系统被公认为自动控制理论中的一个典型的试验设备 .利用了一种基于滑模的鲁棒控制方法对一个具有单控制输入的三级倒立摆系统进行闭环控制的综合设计及仿真研究 .由于倒立摆系统结构的特殊性以及控制的复杂性 ,传统的状态反馈控... 倒立摆系统被公认为自动控制理论中的一个典型的试验设备 .利用了一种基于滑模的鲁棒控制方法对一个具有单控制输入的三级倒立摆系统进行闭环控制的综合设计及仿真研究 .由于倒立摆系统结构的特殊性以及控制的复杂性 ,传统的状态反馈控制方法很难达到预期的控制效果 ,这种方法不但可以达到所期望的性能要求 ,同时使得倒立摆系统从初始时刻开始就运行在滑模面上 ,从而使系统具有较强的鲁棒性 .仿真结果表明了该控制方法的有效性和可行性 . 展开更多

关键词 三级倒立摆系统 滑模控制 鲁棒控制 自动控制理论 系统结构 鲁棒稳定性

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拟人智能控制三级倒立摆机理的研究 被引量：13

3

作者 张飞舟 陈伟基 沈程智 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第2期151-155,共5页

从杂技顶杆演艺的机理出发，采用相平面分析法并结合人的控制经验，阐述一种比较直观的定性分析与定量估算相结合的拟人智能控制倒立摆方法，从而形成一级倒立摆的控制规律．在引入“等效小车”概念的基础上，易将一级倒立摆系统的分析... 从杂技顶杆演艺的机理出发，采用相平面分析法并结合人的控制经验，阐述一种比较直观的定性分析与定量估算相结合的拟人智能控制倒立摆方法，从而形成一级倒立摆的控制规律．在引入“等效小车”概念的基础上，易将一级倒立摆系统的分析方法推广到二级、三级（甚至更多级）倒立摆系统的分析．理论分析与实测结果是一致的，从而表明相平面这种定性的分析方法分析倒立摆是可行的． 展开更多

关键词 摆 人工智能 反馈控制 三级倒立摆 智能控制

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三级倒立摆的自动摆起与稳定控制 被引量：17

4

作者 张永立 程会锋 李洪兴 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期37-45,共9页

采用非线性逆系统轨迹控制实现三级倒立摆的自动摆起,并设计了变增益LQR控制器将其稳定在竖直倒立位置.首先,三级倒立摆从静止下垂状态摆起到竖直倒立位置的过程,从数学角度看是一个两点边值问题,通过求解该两点边值问题获得摆起的标称... 采用非线性逆系统轨迹控制实现三级倒立摆的自动摆起,并设计了变增益LQR控制器将其稳定在竖直倒立位置.首先,三级倒立摆从静止下垂状态摆起到竖直倒立位置的过程,从数学角度看是一个两点边值问题,通过求解该两点边值问题获得摆起的标称轨迹,利用逆系统方法设计前馈控制,同时结合增益调度反馈控制使摆起过程稳定;其次,在稳定控制阶段,采用基于逐点线性化的变增益LQR控制器,实现倒立摆的稳定控制.仿真实验验证了本方案的有效性. 展开更多

关键词 三级倒立摆 逆系统前馈控制 两点边值问题 增益调度反馈控制 变增益LQR

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三级倒立摆的自适应神经模糊控制(英文) 被引量：7

5

作者 高军伟 蔡国强 +2 位作者 纪志坚 秦勇 贾利民 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期278-282,共5页

在三级倒立摆(TIP)系统中, 应用神经网络与模糊控制相结合的自适应神经模糊推理系统(adaptive neural-fuzzy inference system), 根据样本数据调整隶属函数和控制规则参数, 使得训练后ANFIS控制器很好地模拟期望的输入输出数据. 仿真结... 在三级倒立摆(TIP)系统中, 应用神经网络与模糊控制相结合的自适应神经模糊推理系统(adaptive neural-fuzzy inference system), 根据样本数据调整隶属函数和控制规则参数, 使得训练后ANFIS控制器很好地模拟期望的输入输出数据. 仿真结果表明所设计的ANFIS控制器对三级倒立摆系统的稳定控制是可行的. 与LQR控制相比, 基于ANFIS控制的倒立摆系统具有良好的动态性能和抗干扰性能. 展开更多

关键词 三级倒立摆 自适应神经模糊推理系统 状态合成 LQR

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三级倒立摆系统模糊控制器设计及仿真 被引量：18

6

作者 曲建岭 吴文海 孙俊恩 《系统仿真学报》 CAS CSCD 2004年第3期578-581,共4页

提出了一种借助于系统的线性化模型设计三级倒立摆系统模糊控制器的方法。这种方法将线性系统理论与模糊控制技术相结合,将单一的复杂控制策略转化为多级控制策略嵌套,大大简化了三级倒立摆系统模糊控制器的设计步骤。仿真结果表明,该... 提出了一种借助于系统的线性化模型设计三级倒立摆系统模糊控制器的方法。这种方法将线性系统理论与模糊控制技术相结合,将单一的复杂控制策略转化为多级控制策略嵌套,大大简化了三级倒立摆系统模糊控制器的设计步骤。仿真结果表明,该方法是可行性的。 展开更多

关键词 三级倒立摆系统 模糊控制 融合函数 作用函数

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拟人智能控制三级倒立摆 被引量：13

7

作者 张飞舟 沈程智 范跃祖 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2000年第2期17-20,共4页

文章主要阐述一种拟人智能控制三级倒立摆的方法。其控制策略可以不依靠精确的数学模型，而借助人的控制经验、直觉和计算机技术，将定性分析与定量估算有机地结合，从而形成一种有效的控制规律。实验结果表明，该方法对被控对象的状态... 文章主要阐述一种拟人智能控制三级倒立摆的方法。其控制策略可以不依靠精确的数学模型，而借助人的控制经验、直觉和计算机技术，将定性分析与定量估算有机地结合，从而形成一种有效的控制规律。实验结果表明，该方法对被控对象的状态和参数变化具有较强的稳定鲁律性和品质鲁律性，表明了拟人智能控制方法的可行性和有效性，是一种比较实用的控制方法。 展开更多

关键词 人工智能 智能控制 三级倒立摆 自动控制理论

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三级倒立摆的数控稳定 被引量：25

8

作者 杨亚炜 张明廉 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第3期311-314,共4页

应用基于物理模型的拟人智能控制思想设计控制器 .结合单倒立摆系统模型的定性分析与三级倒立摆物理结构特性分析得到定性控制律 ,利用系统运动模态随反馈增益系数的转化规律 ,由智能搜索方法实现定性控制律的量化 ,成功实现计算机控制... 应用基于物理模型的拟人智能控制思想设计控制器 .结合单倒立摆系统模型的定性分析与三级倒立摆物理结构特性分析得到定性控制律 ,利用系统运动模态随反馈增益系数的转化规律 ,由智能搜索方法实现定性控制律的量化 ,成功实现计算机控制三级倒立摆系统长时间稳定 ,并给出各状态变量实测数据曲线图 .应用同样方法可以控制不同结构的三级倒立摆稳定 .证实了所采用方法的有效性和实验成果的可重复性 . 展开更多

关键词 三级倒立摆 数控稳定 定性分析 结构特性

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状态变量合成三级倒立摆模糊神经网络控制 被引量：7

9

作者 洪晓英 崔桂梅 +1 位作者 秦力舒 王建良 《控制工程》 CSCD 2004年第1期36-38,共3页

为解决模糊神经网络在控制多变量系统时的规则组合爆炸问题,提出了用状态变量合成模糊神经网络控制三级倒立摆的方法。该方法既能解决具有快速、强非线性、绝对不稳定系统的控制问题,又能适用对状态变量可按性质和类型分类的多变量系统... 为解决模糊神经网络在控制多变量系统时的规则组合爆炸问题,提出了用状态变量合成模糊神经网络控制三级倒立摆的方法。该方法既能解决具有快速、强非线性、绝对不稳定系统的控制问题,又能适用对状态变量可按性质和类型分类的多变量系统的控制,大大减少了模糊神经网络控制器的规则数,有利于利用专家的控制经验。实验结果证实了该方法的控制效果好,鲁棒性强。 展开更多

关键词 模糊神经网络 状态变量合成 三级倒立摆 鲁棒性 模糊控制

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三级倒立摆系统的可控性与可观性分析 被引量：14

10

作者 何彦彦 沈程智 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1996年第5期545-549,共5页

研究了由单电机控制的三级倒立摆系统的可控性和可观性．通过对单电机控制的三级倒立摆系统建立数学模型，并在平衡位置附近线性化，得到线性数学模型．然后根据可控性和可观性判据。

关键词 三级倒立摆系统 摆 可控性 可观测性 控制策略

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基于参数自适应模糊PI的三级倒立摆控制 被引量：5

11

作者 蔺小林 邓雄峰 李露 《控制工程》 CSCD 北大核心 2015年第3期404-408,共5页

三级倒立摆作为高阶次、多变量、非线性、强耦合的不稳定系统,不易对其进行有效控制。在基本模糊控制器基础上,设计了一种参数自适应模糊PI控制器。即通过LQR(Linear Quadratic Regulator)最优控制理论方法,确定出融合函数,降低了模糊... 三级倒立摆作为高阶次、多变量、非线性、强耦合的不稳定系统,不易对其进行有效控制。在基本模糊控制器基础上,设计了一种参数自适应模糊PI控制器。即通过LQR(Linear Quadratic Regulator)最优控制理论方法,确定出融合函数,降低了模糊控制器的输入维数,减少了控制器规则数。经过参数修正模糊控制器,实现参数自适应调整,提高了系统控制性能。通过SIMULINK仿真及对比,结果显示,系统能在较短时间内达到稳定,控制效果、稳定性及鲁棒性均较好,能满足系统要求。 展开更多

关键词 三级倒立摆 参数自适应 模糊PI控制 融合函数 LQR

原文传递

三级倒立摆的GA-PIDNN系统辨识 被引量：2

12

作者 张秀玲 樊红敏 +1 位作者 臧佳音 赵亮 《沈阳大学学报（自然科学版）》 CAS 2014年第2期113-118,共6页

针对典型的不稳定、多变量、非线性、强耦合的三级倒立摆系统,建立了基于GA优化的PID神经网络(GA-PIDNN)辨识结构,完成了GA与BP两种算法的简单对比,并给出了MATLAB仿真结果.结果表明,GA-PIDNN对于非线性三级倒立摆的辨识是有效的,且GA优... 针对典型的不稳定、多变量、非线性、强耦合的三级倒立摆系统,建立了基于GA优化的PID神经网络(GA-PIDNN)辨识结构,完成了GA与BP两种算法的简单对比,并给出了MATLAB仿真结果.结果表明,GA-PIDNN对于非线性三级倒立摆的辨识是有效的,且GA优于BP算法. 展开更多

关键词 三级倒立摆 辨识 PIDNN GA

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基于LQR三级倒立摆变论域自适应模糊控制 被引量：4

13

作者 洪晓英 刘成永 《控制工程》 CSCD 2006年第5期445-448,共4页

针对传统模糊控制的不足,以三级倒立摆为例,应用变论域自适应模糊控制理论,给出了三级倒立摆的数学模型,并验证了其可控性。考虑到三级倒立摆为多变量系统,为了解决模糊控制器规则组合爆炸问题,利用LQR理论先设计出状态反馈器,再进行降... 针对传统模糊控制的不足,以三级倒立摆为例,应用变论域自适应模糊控制理论,给出了三级倒立摆的数学模型,并验证了其可控性。考虑到三级倒立摆为多变量系统,为了解决模糊控制器规则组合爆炸问题,利用LQR理论先设计出状态反馈器,再进行降维处理。最后利用变论域自适应模糊控制理论给出伸缩因子,从而得到变论域自适应模糊控制器。仿真结果表明,该方法控制精度高,具有良好的稳定性和鲁棒性,可实现倒立摆系统的随动控制。 展开更多

关键词 三级倒立摆 变论域自适应模糊控制 LQR

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三级倒立摆的云控制方法及动平衡模式 被引量：31

14

作者 李德毅 《中国工程科学》 1999年第2期41-46,共6页

文章提出了定性和定量之间转换的云模型的形式化表示方法 ,用来反映语言值中蕴涵的模糊性和随机性 ,给出云发生器的生成算法 ,解释多条定性推理规则同时被激活时的不确定性推理机制。利用这种智能控制方法有效地实现了单电机控制的一、... 文章提出了定性和定量之间转换的云模型的形式化表示方法 ,用来反映语言值中蕴涵的模糊性和随机性 ,给出云发生器的生成算法 ,解释多条定性推理规则同时被激活时的不确定性推理机制。利用这种智能控制方法有效地实现了单电机控制的一、二、三级倒立摆的多种不同动平衡姿态 ,显示其鲁棒性 ,并给出了详细试验结果。研究成果不仅可用于对太空飞行器以及机器人控制 ,而且对揭示定性定量转换规律和策略具有普遍意义。 展开更多

关键词 智能控制 云模型 定性推理 三级倒立摆 云控制 动平衡模式

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基于LQR算法的三级倒立摆控制系统的仿真研究 被引量：5

15

作者 李宇成 朱兴 +1 位作者 郑兴凯 阴亮 《北方工业大学学报》 2006年第3期35-40,共6页

倒立摆是智能控制的理想实验对象.本文首先建立了直线三级倒立摆的非线性数学模型,然后在平衡点处对其线性化,再利用二次型最优控制理论,导出控制规律.本文以MATLAB为仿真工具,设计了一系列稳定摆动和加扰实验,通过分析三级摆仿真实验曲... 倒立摆是智能控制的理想实验对象.本文首先建立了直线三级倒立摆的非线性数学模型,然后在平衡点处对其线性化,再利用二次型最优控制理论,导出控制规律.本文以MATLAB为仿真工具,设计了一系列稳定摆动和加扰实验,通过分析三级摆仿真实验曲线,明确了加权矩阵Q中各权系数对倒立摆稳定影响的相对重要程度,由此来优化加权系数的选择.实验表明,这样选择参数后,系统显示出较好的鲁棒性及动态特性. 展开更多

关键词 三级倒立摆 LQR算法 最优控制

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倾斜轨道上的三级倒立摆数学模型的建立与可控性研究 被引量：1

16

作者 柏桂珍 梅晓榕 王述一 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2003年第2期170-173,共4页

给出倾斜轨道上的三级倒立摆机构的动能、势能和损耗能,利用拉格朗日方程推导出倾斜轨道上的单电机控制的三级倒立摆理论上的数学模型。给出了线性化状态方程、可观性矩阵的秩和可控性矩阵的秩及条件数,并进行原理性数学仿真。仿真结果... 给出倾斜轨道上的三级倒立摆机构的动能、势能和损耗能,利用拉格朗日方程推导出倾斜轨道上的单电机控制的三级倒立摆理论上的数学模型。给出了线性化状态方程、可观性矩阵的秩和可控性矩阵的秩及条件数,并进行原理性数学仿真。仿真结果表明,直接利用系统的全部状态进行线性反馈,三级倒立摆在有些初始条件下是稳定的,而在另一些初始条件下又是不稳定的。这表明三级倒立摆是可观、可控但又是难控制的。 展开更多

关键词 电机控制 三级倒立摆 数学模型 倾斜轨道 可控性

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基于LMI三级倒立摆系统的H_∞鲁棒控制 被引量：3

17

作者 吴文波 李小华 程万胜 《辽宁科技大学学报》 CAS 2010年第3期253-257,共5页

倒立摆系统为典型的快速、多变量、非线性、绝对不稳定系统,且存在不确定因素。针对三级倒立摆系统中所受摩擦的不确定性,采用LMI方法,设计了H∞鲁棒控制器,给出了控制器的求解方法。仿真实验证明,控制方法具有很好的鲁棒稳定性。

关键词 三级倒立摆 线性矩阵不等式(LMI) H∞鲁棒控制

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基于混沌搜索的三级倒立摆LQ控制器设计 被引量：1

18

作者 姚荣斌 李生权 张绍德 《航天控制》 CSCD 北大核心 2009年第2期3-7,共5页

研究利用混沌优化的LQ控制方法对三级倒立摆系统进行闭环控制。首先将混沌变量引入LQ控制器的权矩阵参数域,并进行全局范围内直接寻优,当获得全局近似最优解后,再缩小寻优区间,在次优解附近继续寻优,得到全局最优权矩阵参数。仿真结果... 研究利用混沌优化的LQ控制方法对三级倒立摆系统进行闭环控制。首先将混沌变量引入LQ控制器的权矩阵参数域,并进行全局范围内直接寻优,当获得全局近似最优解后,再缩小寻优区间,在次优解附近继续寻优,得到全局最优权矩阵参数。仿真结果表明了该方法的有效性和具有良好的抗干扰能力。 展开更多

关键词 混沌 LQ控制器 三级倒立摆 参数最优化 性能指标

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基于状态变量融合的三级倒立摆模糊控制 被引量：1

19

作者 丁莉芬 陈志武 +1 位作者 李金城 魏云冰 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2010年第3期52-54,58,共4页

针对非线性、高阶次、多变量、强耦合、不稳定的三级倒立摆系统,提出一种基于最优控制的模糊控制器的设计方法。该设计首先利用最优控制理论设计出状态反馈器,然后利用状态变量融合技术将模糊控制器维数由8维降到了2维,设计出模糊控制器... 针对非线性、高阶次、多变量、强耦合、不稳定的三级倒立摆系统,提出一种基于最优控制的模糊控制器的设计方法。该设计首先利用最优控制理论设计出状态反馈器,然后利用状态变量融合技术将模糊控制器维数由8维降到了2维,设计出模糊控制器,很大程度上简化了模糊控制器的设计过程。该方法也可推广到更高级别倒立摆系统的模糊控制。仿真结果表明,该方法超调量小,调节时间短,鲁棒性强,可实现多级倒立摆的稳定控制。 展开更多

关键词 三级倒立摆 模糊控制 变量融合

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CGA优化改进型T-S模糊神经网络的三级倒立摆控制 被引量：1

20

作者 张秀玲 郝爽 +2 位作者 齐晴 程艳涛 侯代标 《沈阳大学学报（自然科学版）》 CAS 2016年第3期206-211,218,共7页

针对三级倒立摆这一典型控制对象,建立了基于CGA优化的改进型T-S模糊神经网络控制器,完成了三级倒立摆的稳摆控制,将CGA与GA优化结果进行了对比,给出MATLAB仿真结果.结果表明:设计的控制器对于三级倒立摆的稳摆控制是有效的,而且CGA算... 针对三级倒立摆这一典型控制对象,建立了基于CGA优化的改进型T-S模糊神经网络控制器,完成了三级倒立摆的稳摆控制,将CGA与GA优化结果进行了对比,给出MATLAB仿真结果.结果表明:设计的控制器对于三级倒立摆的稳摆控制是有效的,而且CGA算法优于GA算法. 展开更多

关键词 三级倒立摆 CGA 改进型TS模糊神经网络 控制

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