现在位置: > > 工程科技 > 能源/化工

五种倒立摆控制器对比研究_刘丽

五种倒立摆控制器对比研究

何华灿

(西北工业大学计算机学院,西安710072)

E-mail:ninaerll@126.com

拟人智能控制器和针对水平导轨直线型倒立摆的稳定控制问题,论文设计了线性二次型调节器LQR和LQY、

模糊控制器,提出了一种基于泛组合模型的智能控制器。用这五种控制器对系统进行控制,实验证明了所提出的智能控制模型的有效性。对各控制器控制效果的比较研究说明智能控制比线性控制更适合解决这类非线性控制问题。关键词

倒立摆系统

LQR控制器LQY控制器拟人智能控制控制器模糊控制器泛逻辑控制器

文章编号1002-8331(2006)30-0003-03文献标识码A中图分类号TP301

ComparisonofFiveControllersfortheInvertedPendulumSystem

LIULiHEHua-can

(SchoolofComputerScience,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi’an710072)

Abstract:Forthestablecontrolproblemoftheinvertedpendulumrunningalongahorizontalandstraightrail,the

controllerswhichareLQR,LQY,human-imitatingcontroller,fuzzycontrolleraredesigned,andanintelligentcontrollerbasedonuniversalcombinationmodelisproposed.Theexperimentsprovethevalidityofproposedintelligentcontroller,anditisfoundoutthatintelligentcontrollershavebetterstablecontroleffectthanthelinearcontrollers.

Keywords:invertedpendulumsystem,LQRcontroller,LQYcontroller,human-imitatingcontroller,fuzzylogiccontroller,universallogiccontroller

1引言

倒立摆是一种典型的非线性、多变量、强耦合和自然不稳

!-mglsin!"

..

(1)

定的被控系统,包括控制领域在内的各个相关领域的专家学者以倒立摆为实验平台,检验自己所提出理论或方法的正确性及其在实际应用中的可行性,进而将这些理论和方法应用到更为广泛的领域中。目前有关倒立摆的研究主要集中在亚洲,如中国的北京师范大学、北京航空航天大学、中国科技大学、日本的忠东京工业大学、东京电机大学,东京大学,韩国的釜山大学、俄罗斯科学院、美国的南大学。此外,俄罗斯的圣彼得堡大学、

东佛罗里达大学、波兰的波兹南技术大学、意大利的佛罗伦萨大学也对这个领域有持续的研究[1 ̄11]。

对模型在平衡位置附近x=0,!1=0,x=0,!1=0处线性化(此时可认为sin!1=!1),得到系统的线性化模型如式(2):

!"

....

=-M-1(0)F(0,0)1

u!"0

!1

!"

..

+M-1(0)

!1

00x

+!"!"0-mgl!

M-1(0)(2)

Fml!sin!1。其中M(!1)=,F(!1,!1)=01112

m1l1cos!1-(m1l1+J1)0-F1

!

m0+m1-m1l1cos!1

"!

"

令系统输出量为Y=[x,!1]τ,对(2)进行矩阵变换,得到系统的状

2系统模型和参数

本文以某单电机控制的水平导轨直线型倒立摆为实验平

态空间方程如式(3):

)

++.++++*++++++,

台,用分析力学方法建立倒立摆的数学模型,图1标识了该系统的组成结构和状态量的正方向。令控制器输入为状态量X=下摆角度、小车速度、下摆角速,分别为小车位移、[x,!1,x,!1]τ

度。m0=0.924kg、m1=0.04933kg为小车和摆杆的质量,l1=0.177m为摆杆的质心到转轴的距离,F0=0.1N*s/m、F1=0N*s/m分别为小车与导轨之间、摆杆与转轴之间的摩擦系数,g为重力加速度,u为施加给小车的控制力。由Lagrange方程推导出的系统模型如式(1)所示:

X=

#

$$$$$$$%

02×2I2×2

-M(0)F(0,0)"

-1

-100

M(0)0-mgl

11

!

&’’’’’’’(

X+

!

02×1

-1

M(0)10

!"

"

(3a)

Y=

10

!01

000

X+u000

"!"

(3b)

3五种倒立摆稳定控制器设计

目前比较常见的倒立摆稳定控制方法有线性控制,如

基于神经网络的非线LQR、LQY;预测控制[7],如分段模型方法、本节性预测方法;智能控制,如拟人智能控制和模糊控制方法。设计实现了四种常见的控制器,提出一种基于泛逻辑学中泛组合模型的智能控制器,并从理论和实验两方面对它们的设计特

!

m0+m1-m1l1cos!1-(m1l1+J1)

m1l1cos!1

"!"!

....

F00

m1l1!1sin!1

-F1

!1

"!"

..

!

基金项目:国家自然科学基金资助项目(编号:60273087)

:()女,,:,(男,教授,。

计算机工程与应用2006.303

相关文档
五种倒立摆控制器对比研究1
五种倒立摆控制器对比研究刘丽何华灿 (西北工业大学计算机学院,西安710072)E—mail:ninaerH@126.com 摘 要针对水平导轨直线型倒立摆的稳定控制问题,论文设计了线性二...
五种倒立摆控制器对比研究
五种倒立摆控制器对比研究 隐藏>> 维普资讯 http://www.cqvip.com 五种倒立摆控 制器对 比研究 刘丽何 华灿 ( 北工业 大 学计算机 学院 ,安707)西西102 E...
五种倒立摆控制器对比研究
五种倒立摆控制器对比研究_能源/化工_工程科技_专业资料。五种倒立摆控制器对比研究...基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 ( 编号 :60273087) 作者简介 : 刘丽 (...
倒立摆的国内外研究现状及研究意义
倒立摆的国内外研究现状及研究意义 1.倒立摆的发展...acfer和Cannon应用Bang-Bang控制理论,将一曲轴稳定...参考文献 【1】刘丽,何华灿.倒立摆系统稳定控制之...
小车倒立摆系统开题报告_图文
由于倒立摆系统的稳定与空间飞行器控制和各 类伺服...非线性系统,可以作为一个典型的控制对象对其进行研究...参考文献 [1] 刘丽,何华灿.倒立摆系统稳定控制之...
倒立摆系统的泛逻辑控制及相关比较研究
的泛 逻辑控 制及 相关 比较 研究 刘丽 马盈仓。...通过对各控制器设计特点和控制效果的比较研 究发现 ...整个系统形成一个一级倒立摆 , 中对上摆的控 制 ...
倒立摆系统稳定控制研究
维普资讯 http://www.cqvip.com 计算 机科学 20V13o506o3N.. 倒立摆 系统 稳定控制研究) 刘丽 何华 灿 ( 西北工业大学计算机学院 西安 707) 102摘要 ...
如何完成自动控制设计
文对照等) 题目: 系别: 班级: 姓名: 学号: 教师: 日期: 如何完成自动控制...参考文献 [1] 刘丽,何华灿.五种倒立摆控制器对比研究[J].计算机工程与应用. ...
一级直线倒立摆串联模糊控制方法研究
糊控制器能够实 现对 倒立摆的稳 定控 制 并且 具 有较 好 的动 态性 ..., [ 3 ] 刘丽何华灿五种倒立 摆控 制器对比研究计 算机 工程与应用 P ?...
基于MATLAB的倒立摆系统定性分析
文件 3 结论判断系统的稳定性 、 可控性可观性是设计倒立摆控制器的 前提 ...[5] 刘丽 , 何华灿 . 倒立摆系统稳定控制之研究 . 计算机科学 , 2006: 33 ...
相关主题
返回顶部
热门文档
你可能喜欢