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基于变增益LQR控制方法的二级倒立摆自动摆起 被引量:14

Swing-up of double inverted pendulum based on variable gain LQR technique
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摘要 为了实现导轨受限情况下二级倒立摆非线性系统的自动摆起控制,提出了基于变增益LQR控制方法的自动摆起控制方案.首先,基于Lyapunov函数,设计了变参数切换控制器,通过限制小车运动的最大速度,将小车位移控制在一定的范围内,并将第一级摆杆从下垂位置摆起到倒立位置;其次,采用变增益LQR控制方法将第一级摆杆稳定在倒立位置,同时,采用等效小车法将第二级摆杆摆起到倒立位置;最后,采用变增益LQR控制方法将两摆杆同时稳定在倒立平衡点.变增益LQR控制器的鲁棒性较强,避免了由于摆杆状态变化而引起小车位移的冲击.仿真和实物实验均验证了该控制方案的有效性. A control scheme based on variable gain LQR technique is proposed in order to realize the swing-up control of nonlinear double inverted pendulum under restricted rail length. Firstly, a variable- parameter switching controller is designed to swing up the first rod to the upright position based on Lyapunov function; and the displacement of cart is restricted via limiting the maximum velocity of cart. Secondly, the first rod is stabilized at upright position by utilizing variable gain LQR technique; and at the same time the second rod is swung up by using control strategy of "equivalent cart". Finally, the both rods are stabilized around the unstable equilibrium point by using variable gain LQR technique. Because of the good robustness of the variable gain LQR controller, the displacement impact of cart which is caused by the change of rods's statement is avoided. The simulation and experiments demonstrate the effectiveness of the proposed control scheme.
出处 《系统工程理论与实践》 EI CSSCI CSCD 北大核心 2011年第7期1341-1355,共15页 Systems Engineering-Theory & Practice
基金 高等学校博士学科点专项科研基金(200900411 10003) 国家自然科学基金(60774049 60834004) 国家重点基础研究发展计划(973计划)(2009CB320602) 国家高技术研究发展计划(863计划)(2006AA04Z163)
关键词 倒立摆 能量控制 变增益LQR控制器(VGLQR) 等效小车 inverted pendulum energy control variable gain LQR controller (VGLQR) equivalent cart
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