导读:本文包含了起摆和平衡控制论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:倒立摆,强化学习,最小二乘策略迭代,核方法
起摆和平衡控制论文文献综述
毛文杰[1]（2018）在《强化学习在倒立摆起摆及平衡控制中的应用研究》一文中研究指出倒立摆系统是一个典型的多变量、非线性、高阶次、强耦合的自不稳定系统,只有采用行之有效的控制方法才能使其稳定在平衡位置附近。控制中的许多关键问题,如跟踪问题、镇定问题、鲁棒性问题、非线性问题等都能在倒立摆的控制过程中反映出来。同时,双足机器人的行走、卫星和火箭的位姿调整等均与倒立摆系统具有相似之处。因此,对倒立摆系统的研究具有重要的理论价值和应用价值。传统的倒立摆控制方法如PID控制、LQR控制等都是基于模型的控制,实际中很难获得倒立摆系统的精确的数学模型。强化学习作为机器学习的一种,其与监督学习不同之处在于其不需要教师信号,它强调与环境的交互过程中获得评价性反馈信号,利用评价信息来实现行为决策的优化,不需要知道系统模型,这就避免了因建模造成的误差。因此,本文将强化学习应用于倒立摆的起摆及平衡控制任务中,重点研究了强化学习算法在倒立摆平衡控制中的应用。本文的主要成果有:(1)起摆控制方面,研允了基于Q学习算法的倒立摆起摆控制。一级倒立摆起摆仿真控制实验表明了Q学习算法在倒立摆起摆控制中的有效性。(2)平衡控制方面,在深入研究实现了最小二乘策略迭代(Least Square Policy Itcration,LSPI)以及基于稀疏核机器的最小二乘策略迭代(Kernel-based LSPI,KLSPI)两种有效的解决倒立摆平衡控制问题的强化学习算法的基础上,针对LSPI算法逼近能力、泛化能力差,KLSPI算法计算复杂度高、计算成本大的问题,提出了一种基于极限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)的最小二乘策略迭代(ELM-LSPI)算法,在提高传统LSPI算法逼近精度、泛化能力的同时,控制了其计算成本。一级倒立摆控制仿真实验结果表明KLSPI算法和本文提出的ELM-LSPI算法均能提高LSPI算法的收敛能力和泛化能力,但ELM-LSPI算法的计算成本远小于KLSPI算法,更利于后续的实物研究和在线算法的拓展。(本文来源于《西安理工大学》期刊2018-06-30）
但远宏[2]（2017）在《二级倒立摆平衡点间任意转换的运动控制方法研究》一文中研究指出倒立摆是一种典型的非线性、欠驱动、多变量、强耦合的多刚体连杆结构机械装置,其驱动个数少于自由度,依赖于关节的耦合作用实现对非驱动关节的间接控制,控制难度很大,能直观反映出镇定、随动、鲁棒性等控制中的典型问题,是检验控制理论与控制方法的首选平台,被称为“控制领域的明珠”和“控制理论的试金石”。在现实生活中,双足步行机器人、欠驱动机械臂、两轮平衡车、火箭垂直度等控制问题都可以抽象为倒立摆加以研究,相关控制方法在军工、航天、机器人等领域有着广泛用途。倒立摆的每根摆杆都有垂直向下(Down)和垂直向上(Up)两个平衡点,N级倒立摆有2N个平衡点,其中仅悬垂位置为自然平衡点,其余皆为需要控制才能保持平衡的临界平衡点。大多数研究集中在平衡点附近的稳定控制,以及从悬垂点到倒立点的摆起控制;对于摆杆平衡点之间大范围内的任意转换运动控制则鲜有涉及。倒立摆平衡点间的大范围非线性运动,不仅需要对摆杆的角度进行精确控制,还需要频繁调整摆杆间的相对姿态、摆杆的动能与势能,这些目标都只能通过单个控制输入来实现,控制难度极大。本文针对二级倒立摆四个平衡点间任意转换的大范围非线性欠驱动控制问题,展开了类等效建模与非线性动力学分析、控制方法与控制器设计、未建模动态抑制等方面的研究工作,主要内容如下:(1)针对倒立摆动力学特性复杂,线性化分析方法无法满足控制需求的问题,提出了一种非线性动力学分析方法。该方法首先建立起倒立摆的类等效动力学模型,针对被动关节进行动力学解耦,推导出被动关节的二阶非完整约束角加速度表达式,分离出摆杆的控制作用强度函数、重力作用强度函数、转动摩擦作用强度函数、以及旋转离心力作用强度函数。深入分析了摆杆空间位姿与摆杆控制作用强度之间的量化关系,以及动力学参数与摆杆控制作用强度的量化关系,为控制器设计与机械系统设计提供借鉴与参考。(2)针对基于动觉智能图式的仿人智能控制(SMIS-HSIC)中高层智能形式化描述不足,缺乏应用算法的问题,在深入分析SMIS-HSIC中两类基本过程的基础上,提出以动觉智能图式作为SMIS-HSIC系统的基本组成单元,实现了低阶动觉智能图式、高阶关联图式、平衡调节图式、同化图式、顺应图式的形式化描述的统一。应用改进SMIS-HSIC方法,结合非线性控制特性分析与先验知识,率先实现了二级倒立摆平衡点间任意转换运动控制。(3)针对实际系统中未建模动态导致控制系统稳定性与可靠性无法满足工程化应用的问题,提出一类在线与离线相结合的未建模动态抑制方法,其中在线部分采用实时特征识别与基于增益调度算法的补偿控制相结合的方法,实现随机未建模动态抑制与预设性能的跟踪;离线部分采用改进遗传算法进行动力学参数辨识与控制参数优化,实现被控对象特性漂移导致的未建模动态抑制。(本文来源于《重庆大学》期刊2017-04-01）
刘丹,郑宾,刘乃强,路旭[3]（2014）在《自由摆平衡控制方法研究》一文中研究指出设计了一种采用STC89C52单片机为核心的自由摆平面控制系统,该系统由角度传感模块、数据采集及处理模块和电机控制模块叁部分组成。当自由摆摆动时,由角度传感器SCA60C获取其摆动偏转角度,再经ADC0809进行模数转换后送入数据采集及处理模块,数据经处理后,向电机控制模块发出控制指令,数据采集及处理模块与电机控制模块采用串口通信进行数据传输,电机控制模块按控制指令实现对平板进行控制。文中介绍了该系统的控制原理和方法,并对系统方案的选择、系统模型的理论分析、计算和相关电路及控制程序设计进行详细的描述,最后对控制系统进行了测试。测试表明,系统控制精度为3.6度。(本文来源于《电子世界》期刊2014年18期）
郑舒人[4]（2014）在《一阶直线倒立摆平衡控制研究》一文中研究指出一阶倒立摆作为一种实验设备,在教学和科研过程中发挥着重要的作用。倒立摆系统以其自身的非线性、强耦合、多变量和自然不稳定特性,成为检验各种控制理论和方法的理想模型,是长期以来国内外控制领域研究的一个典型问题。但在目前国内的倒立摆控制研究中,多数的研究还局限于计算机软件仿真阶段。本课题结合自制的一阶倒立摆实验平台,就“模糊控制算法”在该系统中应用情况,展开研究。根据一阶倒立摆系统的物理模型,分别应用牛顿力学、拉格朗日方程以及能量守恒定律建立了系统的动力学数学模型。为了进行控制系统的设计,对模型进行了线性化和简化；通过模型仿真实验证明,该简化是合理的。针对控制系统分别设计了双闭环模糊控制器及动态模糊控制器,并在simulink环境下搭建各种控制器的仿真模型,通过实验验证了控制器的有效性,得出了双闭环模糊控制器与动态模糊控制器均能够实现系统的平衡控制的结论。设计了电气控制系统的硬件部分,实现了以S7-200型PLC为核心的一阶倒立摆控制系统；同时,对系统性能进行了分析,并通过实物测试验证了分析的合理性。本文提出的可以在PLC上实现的双闭环模糊控制方法,具有根据系统状态控制系统驱动力来实现系统的稳定控制、调试简单、系统响应快速等优点,实验表明其具有良好的动态性能和鲁棒性。(本文来源于《大连理工大学》期刊2014-05-09）
高建宇,姚洪平,张颖,霍柯言[5]（2014）在《基于ARM和PID控制的自由摆平衡系统》一文中研究指出自由摆的运动是一种非稳定系统的间歇性变化运动。当自由摆一端连接发动机,平板安装在发动机轴上,控制系统通过发动机驱动平板转动以达到对自由摆摆动的平衡控制。该系统采用基于ARM的嵌入式系统作为主要控制电路,以角度传感器进行信号采集,软件部分实现PID算法,微处理器发出控制命令驱动电机,使整个系统顺利运行达到预定要求。通过实际测试,该系统可实现自动控制和调节,控制精度和速度都可满足相应需要。系统硬件电路简单,软件便于移植,整个系统稳定,在工业控制和机器人领域有一定的参考价值。(本文来源于《电子制作》期刊2014年05期）
王关平,牛彩霞,高晓阳,孙伟[6]（2013）在《基于AT89S52的简易自由摆平衡控制系统》一文中研究指出根据自由摆的结构和特点,结合现代控制技术、微机技术、微电子技术设计了自由摆平衡控制系统,整个测控系统的构建立足于低成本、高精度、简单化。系统主要由摆架、数据采集部分、主控板、驱动系统四大部分组成。数据采集使用高精度单圈电位器加A/D转换器的模式;主控板以AT89S52为核心;系统在自由摆的连续运动中实现角度测量、显示及对平台步进电机的控制等。实验表明,该系统的平台控制精度为1.8°,控制效果良好。(本文来源于《河南科技》期刊2013年08期）
张友方,蒋一,王锐,曹燕[7]（2012）在《基于ARMCORTEX_M3的自由摆平衡控制系统》一文中研究指出本文给出了一种基于STM32F103VB微控制器为控制核心的自由摆平衡控制系统。分析了自由摆系统的结构和特点,结合控制技术设计并制作了自由摆平衡控制系统。最后对系统进行了模拟性能测试,测试结果表明,系统性能良好。(本文来源于《科技传播》期刊2012年06期）
程红太,佟雷,张晓华[8]（2012）在《行为受限下Acrobot起摆平衡控制研究》一文中研究指出Acrobot是一种典型的二自由度欠驱动机械系统,针对实际中可能存在的杆二摆角及驱动力矩受限的问题,研究了行为受限下系统的起摆与平衡控制问题。将整个过程分为起摆和平衡2个阶段,首先利用垂直向上不稳定平衡点处近似线性模型,设计了基于LQR方法的平衡控制器,并以减小平衡控制过程力矩为目标讨论了切换姿态的优化问题;起摆控制采用了基于参考路径的能量泵入法,提出了一个改进的参考路径,采用部分反馈线性化方法实现对参考路径的跟踪,可以保证摆角在一定范围内摆动的情况下系统机械能不断增加,使起摆结束时具有更优的切换姿态,从而更容易切换至平衡控制阶段,同时使得平衡控制过程更加平稳,所需力矩更小。最后给出了实物实验结果,证明了所提控制策略的有效性。(本文来源于《控制工程》期刊2012年02期）
王夕英,张金柱[9]（2009）在《倒立摆平衡姿态模糊变结构控制算法的研究》一文中研究指出本文针对非线性、多变量、强耦合的旋转倒立摆系统,利用模糊控制与滑模变结构控制相结合设计了一种模糊变结构控制器,该控制器既保持了滑模变结构控制的快速性和鲁棒性,又能较好地消除单纯采用滑模变结构所产生的抖振问题。仿真结果表明,模糊变结构控制算法能够实现倒立摆的平衡姿态控制,抖振现象基本消除且具有很强的鲁棒性。(本文来源于《科技信息》期刊2009年19期）
陈伟[10]（2009）在《Acrobot起摆与平衡控制研究》一文中研究指出欠驱动系统是驱动器数目少于自由度数目的一类非线性系统,其驱动装置的减少使得对其的控制富于挑战性。欠驱动系统具有重量轻、能耗低的优点,特别适于机器人、航天航空等对质量和能耗敏感的领域。因此对欠驱动系统控制问题的研究具有重要意义。Acrobot是一类典型的欠驱动系统,研究其控制问题有助于促进欠驱动机械系统控制理论的发展。本论文主要研究Acrobot起摆和平衡控制问题,结合Acrobot实物装置,从理论和实践两方面展开研究。本文对Acrobot建立了基于拉格朗日方程的动力学模型、平衡区附近的线性化模型和基于哈密顿正则方程的动力学模型,通过仿真实验验证了模型的正确性。不同工况采用不同的数学模型有助于控制器的设计。针对起摆和平衡控制目标,本文提出了两种控制策略:基于IDA-PBC方法的直接起摆和平衡控制策略以及起摆控制器和平衡控制器相切换的控制策略。前者采用IDA-PBC方法设计的控制器能直接实现起摆和平衡控制。后者需分别设计起摆控制器和平衡控制器,在一定条件下实现切换以完成控制目标。采用部分反馈线性化方法设计了起摆控制器,并优化了连杆2的参考路径;采用LQR方法设计了平衡控制器。仿真实验证明了两种控制策略的有效性,同时证明第一种控制策略具有所需转矩大、杆2摆幅大的缺点,难以应用于实物装置,而切换控制策略不存在这些问题。故而将应用切换控制策略进行起摆和平衡控制实物实验。本文将Acrobot实物实验平台分为五个部分进行了阐述。其一是Acrobot机械本体,将其与国外学者设计的机械本体进行了比较;其二是基于DSP的运动控制卡设计,通过调试证明其性能比基于ARM7和Rabbit3000的运动控制卡更优越;其叁是电机驱动环节,重点介绍了电流环的实现,通过优化电流的跟随速度和稳态精度较以前均有大幅提升;其四是状态检测环节;其五是基于RTDX的上位机监控软件。采用UKF方法得到实物系统的辨识参数,在此基础上应用切换控制策略成功地实现了Acrobot的起摆和平衡控制,证明控制算法是有效的。外部扰动实验和加长杆实验表明平衡控制器具有一定鲁棒性。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2009-06-01）
起摆和平衡控制论文开题报告
（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：
倒立摆是一种典型的非线性、欠驱动、多变量、强耦合的多刚体连杆结构机械装置,其驱动个数少于自由度,依赖于关节的耦合作用实现对非驱动关节的间接控制,控制难度很大,能直观反映出镇定、随动、鲁棒性等控制中的典型问题,是检验控制理论与控制方法的首选平台,被称为“控制领域的明珠”和“控制理论的试金石”。在现实生活中,双足步行机器人、欠驱动机械臂、两轮平衡车、火箭垂直度等控制问题都可以抽象为倒立摆加以研究,相关控制方法在军工、航天、机器人等领域有着广泛用途。倒立摆的每根摆杆都有垂直向下(Down)和垂直向上(Up)两个平衡点,N级倒立摆有2N个平衡点,其中仅悬垂位置为自然平衡点,其余皆为需要控制才能保持平衡的临界平衡点。大多数研究集中在平衡点附近的稳定控制,以及从悬垂点到倒立点的摆起控制;对于摆杆平衡点之间大范围内的任意转换运动控制则鲜有涉及。倒立摆平衡点间的大范围非线性运动,不仅需要对摆杆的角度进行精确控制,还需要频繁调整摆杆间的相对姿态、摆杆的动能与势能,这些目标都只能通过单个控制输入来实现,控制难度极大。本文针对二级倒立摆四个平衡点间任意转换的大范围非线性欠驱动控制问题,展开了类等效建模与非线性动力学分析、控制方法与控制器设计、未建模动态抑制等方面的研究工作,主要内容如下:(1)针对倒立摆动力学特性复杂,线性化分析方法无法满足控制需求的问题,提出了一种非线性动力学分析方法。该方法首先建立起倒立摆的类等效动力学模型,针对被动关节进行动力学解耦,推导出被动关节的二阶非完整约束角加速度表达式,分离出摆杆的控制作用强度函数、重力作用强度函数、转动摩擦作用强度函数、以及旋转离心力作用强度函数。深入分析了摆杆空间位姿与摆杆控制作用强度之间的量化关系,以及动力学参数与摆杆控制作用强度的量化关系,为控制器设计与机械系统设计提供借鉴与参考。(2)针对基于动觉智能图式的仿人智能控制(SMIS-HSIC)中高层智能形式化描述不足,缺乏应用算法的问题,在深入分析SMIS-HSIC中两类基本过程的基础上,提出以动觉智能图式作为SMIS-HSIC系统的基本组成单元,实现了低阶动觉智能图式、高阶关联图式、平衡调节图式、同化图式、顺应图式的形式化描述的统一。应用改进SMIS-HSIC方法,结合非线性控制特性分析与先验知识,率先实现了二级倒立摆平衡点间任意转换运动控制。(3)针对实际系统中未建模动态导致控制系统稳定性与可靠性无法满足工程化应用的问题,提出一类在线与离线相结合的未建模动态抑制方法,其中在线部分采用实时特征识别与基于增益调度算法的补偿控制相结合的方法,实现随机未建模动态抑制与预设性能的跟踪;离线部分采用改进遗传算法进行动力学参数辨识与控制参数优化,实现被控对象特性漂移导致的未建模动态抑制。
（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。
起摆和平衡控制论文参考文献
[1].毛文杰.强化学习在倒立摆起摆及平衡控制中的应用研究[D].西安理工大学.2018
[2].但远宏.二级倒立摆平衡点间任意转换的运动控制方法研究[D].重庆大学.2017
[3].刘丹,郑宾,刘乃强,路旭.自由摆平衡控制方法研究[J].电子世界.2014
[4].郑舒人.一阶直线倒立摆平衡控制研究[D].大连理工大学.2014
[5].高建宇,姚洪平,张颖,霍柯言.基于ARM和PID控制的自由摆平衡系统[J].电子制作.2014
[6].王关平,牛彩霞,高晓阳,孙伟.基于AT89S52的简易自由摆平衡控制系统[J].河南科技.2013
[7].张友方,蒋一,王锐,曹燕.基于ARMCORTEX_M3的自由摆平衡控制系统[J].科技传播.2012
[8].程红太,佟雷,张晓华.行为受限下Acrobot起摆平衡控制研究[J].控制工程.2012
[9].王夕英,张金柱.倒立摆平衡姿态模糊变结构控制算法的研究[J].科技信息.2009
[10].陈伟.Acrobot起摆与平衡控制研究[D].哈尔滨工业大学.2009