导读:本文包含了环形二级倒立摆论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:拉格朗日方程,环形倒立摆,粒子群算法,变速积分
环形二级倒立摆论文文献综述
赵文才[1]（2018）在《环形单级倒立摆系统的控制研究》一文中研究指出环形倒立摆系统是一个多变量、非线性、强耦合、不稳定的单输入多输出系统,其稳定性控制是控制理论的具体运用,为验证和评估控制理论与方法提供了良好的实验平台.过去,研究者主要以直线轨道型的小车倒立摆系统为被控对象来展开研究,而环形倒立摆系统作为一个典型的非线性系统,与直线型的倒立摆系统相比,它具有更多的自由度,克服了行程限制,控制难度更大,为验证各种控制理论提供更为理想的实验平台.本文首先介绍了倒立摆系统的研究背景和意义,包括倒立摆的分类,倒立摆在教育教学、科学研究和工程应用实践等方面的意义以及国内外学者对倒立摆系统的研究现状.然后拉格朗日方程推导出环形单级倒立摆系统的动力学模型,以线性系统理论中稳定性、能控性和能观测性的定义和判据等为理论依据,调用MATLB函数计算来分析环形单级倒立摆系统的性能,由计算结果得出,该系统是开环不稳定,并且是能控能观测的.因此系统需要设计外部控制器加以调节.于是,本文对环形单级倒立摆进行了LQR控制和PID控制,并对二者做出了比较分析发现,两种控制方法都能有效地控制环形单级倒立摆,但是该系统在PID控制下,连杆和摆杆的达到稳定的调节时间更短,振荡产生超调量更小.我们知道,PID控制器设计的关键在于如何快速地选取一组最佳的控制器参数,即进行PID控制参数整定.为解决试凑法选参的反复和繁琐,本文引入了粒子群算法(PSO),并在标准粒子群算法的基础上,对算法的参数包括惯性权重系数和学习因子和适应度函数做了改进.粒子群优化算法(PSO)具有全局搜索能力强、概念简单、参数调整方便、收敛速度快等特点,可用于PID控制器参数的调整.由于环形倒立摆系统是多变量的复杂系统,普通PID容易出现积分饱和的现象,本文在上述基于粒子群算法的PID控制(PSO-PID)的基础上,对PID的结构进行了改进,采用改进积分项和比例项的PID控制方法,在此基础上又在比例和积分项前分别加入连续变化的函数作为系数以防止积分饱和.最后在MATLAB中分别用PSO-PID控制和基于改进变速积分的PSO-PID控制对环形单级倒立摆进行仿真.仿真结果表明,在改进变速积分的PSO-PID控制下,系统中连杆和摆杆的超调量均下降至0,调节时间分别缩短至0.8s和0.9s.这说明本文设计的控制方法能有效使环形单级倒立摆系统在较短的时间内达到稳定,也对倒立摆系统以及其它非线性系统的控制提供了参考和借鉴.(本文来源于《广东工业大学》期刊2018-06-01）
廖伍代,刘正博,温盛军,张翔铭[2]（2015）在《基于分数阶PID的环形单级倒立摆稳定控制研究》一文中研究指出针对环形单级倒立摆的稳定控制,设计了基于分数阶的PID优化控制器。用拉格朗日方法建立的环形单级倒立摆系统模型是一个具有3个自由度的欠驱动系统,其整数阶PID控制器难以获得满意的控制性能。因此,提出基于分数阶PID的稳定控制,其分数阶PID参数采用Signal Constraint优化模块进行优化。对整数阶和分数阶PID控制效果进行分析比较,结果表明:相对于整数阶的PID控制,分数阶PID控制系统的倒立摆起摆迅速,稳定控制性能优良。(本文来源于《中原工学院学报》期刊2015年06期）
张谦,高容翔,王海泉,廖雷[3]（2015）在《基于人工蜂群优化的环形二级倒立摆H_∞鲁棒控制器设计》一文中研究指出采用H∞回路成形控制方法实现环形二级倒立摆系统的平衡控制;对于H∞回路成形控制器来说,权函数的选择直接影响控制器性能,而往往权函数的选择是需要通过设计人员的不断试凑来完成,不仅设计效率低下,而且无法得到最优的控制性能;因此引入人工蜂群算法,依靠其优异的全局寻优能力,完成对H∞回路成形控制器权函数的求解并保证最优的控制器性能;仿真结果表明,蜂群算法能够寻优到最优的权函数参数,对应的H∞控制器能够保证环形二级倒立摆在受到外界干扰的情况下依然保持在平衡位置。(本文来源于《计算机测量与控制》期刊2015年08期）
王东云,廖雷,王海泉,张强[4]（2014）在《环形二级倒立摆H_∞鲁棒控制器设计及仿真》一文中研究指出研究了环形二级倒立摆的平衡控制,首先利用拉格朗日动力学方法建立了环形二级倒立摆的数学模型,分析了系统的稳定性及能控能观性;接着引入H∞回路成形鲁棒方法设计其控制器,但考虑到H∞控制器阶次过高的问题,因此采用最小信息损失方法对设计的控制器进行了降阶。通过仿真验证,证实了降阶后的H∞回路成形控制器对于环形二级倒立摆平衡控制有良好效果。(本文来源于《青岛科技大学学报(自然科学版)》期刊2014年05期）
刘浩梅[5]（2013）在《环形单级倒立摆的稳定控制研究与实现》一文中研究指出倒立摆系统的研究，既可以直观地表现许多抽象的控制概念，解决控制领域中的一些典型问题，检验某种控制方法或控制理论是否有解决非线性和不稳定性问题的能力，其研究成果又可以应用于机器人、军工、航天科技及一般工业过程等诸多领域，具有重要的理论和工程价值。本文针对目前倒立摆控制研究中，仿真控制多、实时控制少，直线型倒立摆研究较多，环形倒立摆控制研究少等现状，以环形倒立摆体系为研究对象，分别利用滑模变结构控制理论和线性二次型性能指标的最优控制理论，对环形单级倒立摆系统进行了实时控制研究。1、环形单级倒立摆的结构、数学建模和性能分析。首先对环形单级倒立摆体系的结构和工作原理进行了分析，在此基础上，采用拉格朗日方法，推导出了环形单级倒立摆的数学模型。接着对环形倒立摆系统进行了稳定性和能控性分析，结果表明：系统是开环不稳定系统，且系统完全能控。2、基于滑模变结构控制器的环形单级倒立摆稳定控制及实现。在对环形单级倒立摆系统的等效控制和滑模运动的稳定性分析基础上，进行环形单级倒立摆系统滑模控制器设计和环形单级倒立摆的滑模变结构控制实时控制。在Matlab/simulink中搭建出环形单级倒立摆的系统模型，并将其封装，确定了优化参数，此时连杆的运动非常平稳，摆杆成功起摆，但稳定时间不长。3、基于LQR的环形单级倒立摆最优控制及实现。首先进行了LQR控制器的设计，并利用粒子群优化算法确定最优加权矩阵Q和R和相应的最优反馈增益矩阵K；并以该最优加权矩阵Q和R为参数开展了基于LQR的环形单级倒立摆实时控制研究，结果表明，摆杆成功实现了起摆和稳定控制。(本文来源于《湖南工业大学》期刊2013-05-30）
赵甲芳[6]（2013）在《环形二级倒立摆的稳定控制研究》一文中研究指出本文的主要内容是对环形二级倒立摆系统的稳定控制进行研究。倒立摆系统一直以来都被作为研究对象来研究系统非线性、鲁棒性等问题。研究人员可以通过对倒立摆系统的不断探索和研究，找出一些更优的控制方法，使这些控制方法广泛的应用于各种高新科技领域。因此对倒立摆系统的研究具有重要的意义。论文的主要研究工作如下：阐述了倒立摆系统的发展历史及其研究意义，介绍了常用的几种控制理论方法。根据拉格朗日原理建立环形一级和二级倒立摆系统的数学模型，在平衡位置处将系统进行线性化，得到系统的状态空间方程。利用线性系统的相关定理检验倒立摆系统是否稳定、是否可控和可观测，最终我们可以得出环形倒立摆系统虽然是自然不稳定的，但在平衡点是可控和可观测的。本文的重点是针对环形二级倒立摆提出了LQR控制和模糊控制两种控制方法。LQR控制的核心是选择合适的状态反馈矩阵K，根据最优控制的知识，由黎卡提矩阵代数方程得到影响状态反馈矩阵的因素,通过MATLAB仿真实验所得到的输出响应曲线判断各个性能指标是否好，如果控制效果不稳定则改变系统中元素值，直到得到一个稳定的响应曲线。模糊控制法就是设计一个模糊控制器对倒立摆系统进行仿真。由于环形二级倒立摆有6个状态变量，会出现“规则爆炸”问题，这样需要建立一个复杂的模糊规则，从而使模糊控制器的设计变得困难。所以我们引入变量融合技术将输入变量降维，设计了一个二维的模糊控制器，大大降低了设计的难度。再选择合适的比例因子和量化因子以及控制规则就完成了控制器的设计。最后利用MATLAB/Simulink工具对上述两种方法建立的系统结构模型进行仿真，通过不断地调试修改，得到了理想的控制效果。通过系统仿真结果我们可以得出，这两种控制方法对环形倒立摆系统的控制效果都比较好。最后将设计的控制器用于倒立摆实验器材进行实物控制，得到了实际控制波形图，进一步验证了本文中设计的LQR控制器和模糊控制器是可行的和有效的。(本文来源于《曲阜师范大学》期刊2013-03-01）
刘浩梅,张昌凡[7]（2012）在《基于LQR的环形单级倒立摆稳定控制及实现》一文中研究指出为了研究环形单级倒立摆的稳定控制,采用拉格朗日方法推导出环形单级倒立摆系统的数学模型,并设计1个线性二次型最优控制算法控制器(LQR)。在保持权重矩阵R=1的条件下,通过实验不断调整权重矩阵Q中的参数Q11和Q33,得到Q和R最优取值。然后,对环形单级倒立摆的稳定控制进行仿真和实物控制。研究结果表明:倒立摆起摆迅速,稳定控制性能优良。(本文来源于《中南大学学报(自然科学版)》期刊2012年09期）
唐苏明[8]（2012）在《环形二级倒立摆的稳定控制研究》一文中研究指出倒立摆系统是一种典型的多变量、高阶次、强耦合、不稳定的非线性系统,且其实验平台广泛地用于验证各种控制算法。目前,对倒立摆的稳定控制有多种控制方法,如：鲁棒控制、能量控制、最优控制、遗传算法、神经控制、模糊控制等,也可通过融合两种或两种以上的控制方法来实现对倒立摆的稳定控制。本文的主要目的是为了验证控制方法,在文章中采用叁种智能控制方法对环形二级倒立摆系统进行仿真控制分析,对比分析叁种仿真控制结果,最终选取控制效果较优者作为实物控制方法,论文的主要研究内容如下：首先,阐述了倒立摆的研究现状及环形二级倒立摆系统的组成结构,利用牛顿力学分析法和拉格朗日原理对系统进行了分析,建立了系统的数学模型,并对其进行了能控性、能观性分析。其次,介绍了模糊控制理论和滑模控制理论。运用最优控制方法及变量融合原理解决了模糊规则爆炸问题,从而实现了系统使用模糊控制方法的仿真。采用极点配置方法求出反馈矩阵,并利用反馈矩阵设计了滑模控制系统,进而实现了系统的滑模控制仿真。结合模糊控制方法与滑模控制方法各自的优点,设计了模糊滑模控制系统,最终实现了系统的模糊滑模控制仿真。最后,通过对比分析系统分别采用模糊控制方法、滑模控制方法以及模糊滑模控制方法所获得的仿真结果,选取了模糊控制作为系统的实物控制方法。利用MATLAB软件搭建系统的实物控制模型,并运用VC++6.0编写实物控制程序,从而实现了环形二级倒立摆系统的实物控制,最后分析了控制结果。(本文来源于《西南石油大学》期刊2012-05-01）
江茂德,黄梓瑜,唐苏明,姚绍雄[9]（2012）在《基于变量融合的环形二级倒立摆模糊控制研究》一文中研究指出为实现环形二级倒立摆系统的稳定控制,本文采用了变量融合方法降低模糊控制器维数,并通过仿真研究了量化因子与比例因子对控制效果的影响。仿真结果表明经变量融合后设计的仿真模型不但结构简单,而且控制效果良好。(本文来源于《计量与测试技术》期刊2012年02期）
付红敏[10]（2011）在《基于模糊推理的环形多级倒立摆建模及控制》一文中研究指出倒立摆系统是一个典型的多变量、非线性、强耦合和不稳定的高阶系统。它是验证算法是否有效的理想平台,同时实现倒立摆的精确控制有重要的现实意义。本文以环形倒立摆系统为研究对象,主要采用基于边缘线性化的模糊建模方法对环形二级和叁级倒立摆建模,并且实现了倒立摆控制系统的仿真实验和实物控制。论文主要工作如下：第一、首先分析了环形倒立摆系统的组成结构和工作原理,之后利用拉格朗日方法建立了环形叁级倒立摆系统的数学模型,接着用模糊建模方法中的边缘线性化方法对环形二级和环形叁级倒立摆系统进行了模糊建模,并用MATLAB对其进行了逼近仿真实验。仿真结果表明模糊系统能够很好的逼近数学模型。最后对平衡点处的线性方程进行了定性分析。第二、针对基于模糊建模的环形二级倒立摆和环形叁级倒立摆模型,设计线性二次型最优状态反馈控制器和鲁棒最优保性能控制器。详细阐述了倒立摆系统基于状态变量的控制器的设计思想,并给出了系统在Matlab/Simulink环境下仿真结果及分析。对两种控制方法进行比较,结果表明,针对带有摄动的模糊建模模型而设计的鲁棒最优保性能控制器有更好的控制性能。第叁、分析了环形二级倒立摆实物控制系统的硬件组成和控制机理,实现了环形二级倒立摆的稳摆控制,并对控制系统的鲁棒性进行了实验。通过实物实时控制获取了实验数据,绘制成了环形二级倒立摆的实物控制曲线,并分析了实验结果。仿真实验和实物控制均表明本文设计的基于边缘线性化方法的倒立摆模糊推理模型是有效的；对此模型所设计的控制器具有很好的稳定性、鲁棒性和抗干扰性。(本文来源于《大连理工大学》期刊2011-11-10）
环形二级倒立摆论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
针对环形单级倒立摆的稳定控制,设计了基于分数阶的PID优化控制器。用拉格朗日方法建立的环形单级倒立摆系统模型是一个具有3个自由度的欠驱动系统,其整数阶PID控制器难以获得满意的控制性能。因此,提出基于分数阶PID的稳定控制,其分数阶PID参数采用Signal Constraint优化模块进行优化。对整数阶和分数阶PID控制效果进行分析比较,结果表明:相对于整数阶的PID控制,分数阶PID控制系统的倒立摆起摆迅速,稳定控制性能优良。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
环形二级倒立摆论文参考文献
[1].赵文才.环形单级倒立摆系统的控制研究[D].广东工业大学.2018
[2].廖伍代,刘正博,温盛军,张翔铭.基于分数阶PID的环形单级倒立摆稳定控制研究[J].中原工学院学报.2015
[3].张谦,高容翔,王海泉,廖雷.基于人工蜂群优化的环形二级倒立摆H_∞鲁棒控制器设计[J].计算机测量与控制.2015
[4].王东云,廖雷,王海泉,张强.环形二级倒立摆H_∞鲁棒控制器设计及仿真[J].青岛科技大学学报(自然科学版).2014
[5].刘浩梅.环形单级倒立摆的稳定控制研究与实现[D].湖南工业大学.2013
[6].赵甲芳.环形二级倒立摆的稳定控制研究[D].曲阜师范大学.2013
[7].刘浩梅,张昌凡.基于LQR的环形单级倒立摆稳定控制及实现[J].中南大学学报(自然科学版).2012
[8].唐苏明.环形二级倒立摆的稳定控制研究[D].西南石油大学.2012
[9].江茂德,黄梓瑜,唐苏明,姚绍雄.基于变量融合的环形二级倒立摆模糊控制研究[J].计量与测试技术.2012
[10].付红敏.基于模糊推理的环形多级倒立摆建模及控制[D].大连理工大学.2011