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倒立摆的跟踪控制及仿真研究

倒立摆的跟踪控制及仿真研究

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作者：刘贵山杭州电子科技大学

学位级别：硕士

倒立摆系统是一种典型的不稳定、多变量、欠驱动、强耦合、非最小相位的非线性系统。在控制过程中,倒立摆系统可以有效的反映出控制系统的非线性、鲁棒性、镇定性、随动性等诸多问题,因此,在控制领域中经常使用倒立摆来检验新的控制方... 详细信息

倒立摆系统是一种典型的不稳定、多变量、欠驱动、强耦合、非最小相位的非线性系统。在控制过程中,倒立摆系统可以有效的反映出控制系统的非线性、鲁棒性、镇定性、随动性等诸多问题,因此,在控制领域中经常使用倒立摆来检验新的控制方法和算法的有效性。同时,倒立摆也在航空航天、军事领域、机械系统、机器人等领域得到了广泛应用。本文首先对倒立摆系统的研究背景以及国内外发展现状进行了阐述,并介绍了倒立摆的分类及其基本结构。其次,对倒立摆系统常用的几种控制方法进行了分析,根据倒立摆系统的特点,运用拉格朗日方程法详细推导了倒立摆系统的建模过程。为实现倒立摆系统的稳定控制和跟踪控制,本文根据不同类型倒立摆系统的特征,分别为直线倒立摆、X-Z平面倒立摆和三维空间倒立摆设计了PID控制系统,并通过MATLAB/Simulink仿真验证了所设计的控制系统的可行性和有效性。同时,为了降低倒立摆PID控制系统中控制参数的整定难度,本文采用粒子群算法、混合蛙跳算法和差分进化算法三种智能优化算法分别对不同类型倒立摆控制系统中的控制参数进行了优化,并且通过仿真实验验证了经过优化后的控制系统性能得到了有效提升。另外,本文参考交流电机控制领域经常使用的级联控制方法,分别为X-Z平面倒立摆和三维空间倒立摆设计了级联控制结构。通过级联控制结构,将倒立摆控制系统分解为外部位置控制环和内部姿态控制环,并实现了时间尺度的分离,降低了倒立摆控制系统的设计难度,通过仿真实验验证了级联控制结构的有效性和优越性。最后,为了更容易的观察到控制过程中被控对象的所有自由度,帮助人们对整个系统做出更加准确的初步评估,使人们更加直观的理解动态模型的最终结果,本文使用v-realm builder工具绘制了三维空间倒立摆的3D虚拟现实模型,并且通过虚拟现实工具箱中的vR Sink模块建立了3D虚拟现实模型与MATLAB/Simulink模型之间的连接,最终,通过动态仿真在虚拟现实场景中展示了三维空间倒立摆跟踪控制过程。

关键词：直线倒立摆 X-Z平面倒立摆空间倒立摆智能优化算法级联控 v-realm builder

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基于Simulink和vR工具的Skoda汽车的动力学模型仿真

基于Simulink和VR工具的Skoda汽车的动力学模型仿真

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作者：周朝华南昌大学

学位级别：硕士

先进汽车的研发成为各国争夺的热点之一,研究的热点主要集中在车辆动力学模型的模拟。然而目前普遍的模拟分析技术不能代替运行实验去评价车辆的性能,一个重要原因就是研究人员无法获得身临其境沉浸的现场感。随着计算机图形、图像、三... 详细信息

先进汽车的研发成为各国争夺的热点之一,研究的热点主要集中在车辆动力学模型的模拟。然而目前普遍的模拟分析技术不能代替运行实验去评价车辆的性能,一个重要原因就是研究人员无法获得身临其境沉浸的现场感。随着计算机图形、图像、三维建模、计算机视觉等相关技术的发展,出现了虚拟现实这门新兴的学科。它集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果,是一种由计算机生成的高技术模拟系统,这种技术的特点在于计算机产生一种人为虚拟的环境,这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三维数字模型,并编制到计算机中去生成一个以视觉感受为主,也包括听觉、触觉的综合可感知的人工环境,从而使得在视觉上产生一种沉浸于这个环境的感觉,可以直接观察、操作、触摸、检测周围环境及事物的内在变化,并能与之发生“交互”作用,使人和计算机很好地“融为一体”,给人一种“身临其境”的感觉。先建立以实体可视化设计和总和性能设计为核心技术的车辆动力学的虚拟样机,再建立以此虚拟样机的虚拟现实,通过vR技术仿真车辆的动力学模型,从而得出车辆在运行中与路面和车辆自身部件之间的力学关系。该方法能克服研究人员无法获得车辆运行沉浸的现场感。在众多虚拟现实建模和仿真工具中,MATLAB是一款高性能、可视化建模、逼真仿真的软件。本文基于matlab7.1的v-realm builder工具包建立了Skoda(斯柯达)车辆动力学模型的虚拟现实场景(文中简称SvDv),结合Simulink建立动态系统,并接入车辆动力学虚拟世界进行仿真、分析。仿真结果表明,该虚拟现实场景可以准确、逼真地模拟真实车辆运行时的动力学特性,为实现把虚拟现实技术应用在车辆设计和控制提供了理论依据。

关键词：虚拟现实车辆动力学模型仿真 Simulink v-realm builder

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Double Closed-loop Fuzzy Control and vR Simulation of Single Inverted Pendulum

Double Closed-loop Fuzzy Control and VR Simulation of Single...

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第40届中国控制会议

作者： Weichuan Xu Xuan Chang Hesheng Zhang Xiaojin Zhu School of Mechatronic Engineering and Automation Shanghai University

In this paper, the balance control of a single inverted pendulum is studied. Firstly, the mathematical model of the inverted pendulum system is established by using Newtonian mechanics method, and two parallel fuzzy controllers are used to control the position of the car and the angle of the pole respectively, so that the inverted pendulum system can reach a balanced position as soon as possible. Then the control effect of the controller is verified by SIUMLINK simulation and compared with the PID controller. Finally,the 3 D model was established by v-realm builder and co-simulated with SIMULINK. The results show that the fuzzy controller designed in this paper has a good control effect on the inverted pendulum.

关键词： Inverted pendulum Fuzzy control Parallel control v-realm builder

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基于Matlab的燃烧系统虚拟仿真

基于Matlab的燃烧系统虚拟仿真

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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...

作者：杨玲玲广东工业大学自动化学院

在Matlab环境下,利用v-realm builder建立虚拟模型和虚拟环境,使用Simulink应用接口实现图形用户界面的交互,简化设计和编程工作。介绍燃烧系统的工作过程,分析其虚拟仿真的具体实现。

关键词： v-realm builder Simulink 燃烧系统

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