基于线性自适应QPSO整定的倒立摆模糊滑模控制

doi:10.16182/j.issn1004731x.joss.201711042

系统仿真学报 ›› 2017, Vol. 29 ›› Issue (11): 2909-2917.doi: 10.16182/j.issn1004731x.joss.201711042

基于线性自适应QPSO整定的倒立摆模糊滑模控制

辛菁^1,2, 韩相帅^1,2, 梁炎明^1,2, 颜翠翠³

1.西安理工大学自动化与信息工程学院,陕西西安 710048;
2.陕西省复杂系统控制与智能信息处理重点实验室,陕西西安 710048;
3.西安思源学院工学院,陕西西安 710043

收稿日期:2016-03-21 发布日期:2020-06-05
作者简介:辛菁(1975-),女,甘肃天水,博士,副教授,研究方向为工业机器人视觉伺服。
基金资助:
陕西省自然基金(61203345),陕西省教育厅重点实验室科学研究计划(16JS071),陕西省现代装备绿色制造协同创新项目(304-210891702)

Fuzzy Sliding Mode Control of Double Inverted Pendulum Based on Linear Adaptive QPSO Tuning

Xin Jing^1,2, Han Xiangshuai^1,2, Liang Yanming^1,2, Yan Cuicui³

1. School of Automation & Information Engineering, Xi'an University of Technology, Xi'an 710048, China;
2. Shaanxi Key Laboratory of Complex System Control and Intelligent Information Processing, Xi'an 710048, China;
3. School of Engineering, Xi'an Siyuan University, Xi'an 710043, China

Received:2016-03-21 Published:2020-06-05

摘要/Abstract

摘要： 针对直线二级倒立摆平衡控制问题,提出了一种基于线性自适应量子粒子群整定的倒立摆模糊滑模控制方法。根据直线二级倒立摆系统的耦合特性,对其进行了两次解耦,设计了模糊滑模平衡控制器,其中模糊滑模控制器的参数利用线性自适应量子粒子群算法进行优化确定。直线二级倒立摆平衡控制仿真结果表明,与传统的倒立摆滑模平衡控制方法相比,提出的方法可以有效地削弱“抖振”,提高直线二级倒立摆平衡控制的精度和快速性。实物控制结果进一步验证了该控制方法的合理性和有效性。

关键词: 直线二级倒立摆, 平衡控制, 线性自适应量子粒子群算法, 模糊滑模控制

Abstract: To solve the problem of balancing control of linear double inverted pendulum, fuzzy sliding mode control method based on linear adaptive QPSO tuning is presented. According to the coupling property of the linear double inverted pendulum system, decoupling is applied twice and fuzzy sliding mode balancing controller is designed. The parameters of fuzzy sliding mode controller are determined by the linear adaptive quantum particle swarm optimization algorithm (LAQPSO). Linear double inverted pendulum balancing control simulation results show that the proposed method can effectively reduce the chattering phenomenon existing in the traditional sliding mode controller and improve the accuracy and rapidity of balancing control of linear double inverted pendulum system. Physical experiment results show that the proposed method is reasonable and effective.

Key words: linear double inverted pendulum, balancing control, LAQPSO, fuzzy sliding mode control

中图分类号:

TP24

辛菁, 韩相帅, 梁炎明, 颜翠翠. 基于线性自适应QPSO整定的倒立摆模糊滑模控制[J]. 系统仿真学报, 2017, 29(11): 2909-2917.

Xin Jing, Han Xiangshuai, Liang Yanming, Yan Cuicui. Fuzzy Sliding Mode Control of Double Inverted Pendulum Based on Linear Adaptive QPSO Tuning[J]. Journal of System Simulation, 2017, 29(11): 2909-2917.

参考文献

[1] Wang J J.Simulation studies of inverted pendulum based on PID controllers[J]. Simulation Modelling Practice and Theory(S1569-190X), 2011, 19(1): 440-449.
[2] Li Zhijun, Zhang Yunong, Yang Yipeng.Support vector machine optimal control for mobile wheeled inverted pendulums with unmodelled dynamics[J]. Neurocomputing (S0925-2312), 2010, 73(13): 2773-2782.
[3] Yang C, Li Z, Li J.Trajectory Planning and Optimized Adaptive Control for a Class of Wheeled Inverted Pendulum Vehicle Models[J]. IEEE Transactions on Cybernetics (S2168-2267), 2013, 43(1): 24-35.
[4] 李雪冰, 马莉, 丁世宏. 一类新的二阶滑模控制方法及其在倒立摆控制中的应用[J]. 自动化学报, 2015, 41(1): 193-202.
LI Xuebing, MA Li, DING Shihong.A New Second- order Sliding Mode Control and Its Application to Inverted Pendulum[J]. Acta Automatica Sinica (S0254-4156), 2015, 41(1): 193-202.
[5] Chih-Hui Chiu, Ya-Fu Peng, You-Wei Lin.Intelligent backstepping control for wheeled inverted pendulum[J]. Expert Systems with Applications(S0957-4174), 2011, 38(4): 3364-3371.
[6] 刘金琨, 孙富春. 滑模变结构控制理论及其算法研究与进展[J]. 控制理论与应用, 2007, 24(3): 407-418.
LIU Jinkun, SUN Fuchun.Research and development on theory and algorithms of sliding mode control[J]. Control Theory and Applications(S1000-8152), 2007, 24(3):407-418.
[7] 王钰, 谢慕君. 基于滑模变结构的柔性倒立摆控制研究[J]. 计算机测量与控制, 2015, 23(12): 4045-4048.
Wang Jue, Xie Mujun.Research on Control of Flexible Inverted Pendulum System based on Sliding Mode Control[J]. Computer Measurement & Control (S1671-4598), 2015, 23(12): 4045-4048.
[8] 孙彪, 孙秀霞. 基于幂次函数的离散滑模控制算法[J]. 控制与决策, 2011, 26(2): 285-288.
Sun Biao, Sun Xiuxia. Algorithm of discrete-time sliding mode control based on powere-function [J]. CONTROL AND DECISION (S1001-0920), 2011, (26)2: 285-288.
[9] 王宗义, 李艳东. 移动机器人的自适应模糊滑模动力学控制[J]. 哈尔滨工程大学学报, 2011, 32(6): 792-799.
WANG Zongyi, LI Yandong.Dynamic control of mobile robots based on an adaptive fuzzy sliding mode[J]. Journal of Harbin Engineering University(S1006-7043), 2011, 32(6): 792-799.
[10] 孙德亮. 平面二级倒立摆的模糊滑模变结构控制算法研究[D]. 合肥: 合肥工业大学, 2010.
Sun Deliang.Sliding Mode Variable Structure Control Algorithm on Planar Double Inverted Pendulum[D]. HeFei: HeFei University of Technology,2010.
[11] 颜翠翠. 非刚体点云配准问题研究[D]. 西安: 西安理工大学, 2015.
Yan Cuicui.Research on Non-rigid point cloud registration[D]. Xi'an: Xi'an University of Technology, 2015.
[12] 张志强, 李战明. 模糊趋近律滑模变结构的二级倒立摆系统控制仿真[J]. 西华大学学报(自然科学版), 2008, 27(1): 81-84.
Zhang Zhiqiang, Li Zhanming.Sliding Mode Control Based on Fuzzy Reaching Law for an Inverted Pendulum[J]. Journal of Xihua University (Natural Science Edition)(S 1673-159X), 2008, 27(1): 81-84.

[1]	谢鸥, 宋爱国, 朱其新. 机器鱼近壁面波动推进的体表压强特性研究[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(4): 870-877.
[2]	龙艳琴, 乔贵方, 宋光明, 张颖, 程琳琳. 二维变刚度蛇形机器人的运动仿真与性能分析[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(4): 759-767.
[3]	李兆强, 张时雨. 基于快速RRT算法的三维路径规划算法研究[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(3): 503-511.
[4]	金建海, 周则兴, 张波, 陈奕宏, 韦喜忠. 无人艇航行仿真关键技术研究[J]. 系统仿真学报, 2021, 33(12): 2846-2853.
[5]	王伟, 陈志梅, 王贞艳. 直角坐标机器人补偿滑模交叉耦合控制研究[J]. 系统仿真学报, 2021, 33(4): 867-874.
[6]	谢广明, 郑君政, 王晨. 水下仿生电场感知综述[J]. 系统仿真学报, 2020, 32(12): 2289-2305.
[7]	张宪霞, 章进强, 李致远, 马世伟, 杨帮华. 基于支持向量回归机学习的机械臂视觉反馈模糊控制[J]. 系统仿真学报, 2020, 32(10): 1997-2009.
[8]	吴青青, 张奇志, 周亚丽. 变刚度双足机器人半被动行走控制研究[J]. 系统仿真学报, 2020, 32(8): 1588-1597.
[9]	郭冰菁, 韩建海, 李向攀, 闫琳. 步态康复机器人动力学李群李代数建模及仿真[J]. 系统仿真学报, 2020, 32(6): 1126-1135.
[10]	丁毓峰, 闵新普. 曲面零件抛光机器人的力/位混合控制方法[J]. 系统仿真学报, 2020, 32(5): 817-825.
[11]	尤波, 王明睿, 李智, 丁亮. 基于模型预测控制的轮式移动机器人轨迹规划[J]. 系统仿真学报, 2020, 32(4): 591-600.
[12]	黄小琴, 陈力. 双柔臂空间机器人运动、振动一体化抗死区控制[J]. 系统仿真学报, 2020, 32(3): 430-437.
[13]	吴迎年, 贺梦嘉, 项伟. 基于集成学习的人眼定位和头部状态检测研究[J]. 系统仿真学报, 2019, 31(11): 2366-2373.
[14]	赵萍, 雷新宇, 陈波芝, 杨矫云. 基于TI-A*的多机器人动态规划协调方法研究[J]. 系统仿真学报, 2019, 31(5): 925-935.
[15]	王刚, 孙太任, 丁胜培. 动态受限机械臂的局部加权学习控制[J]. 系统仿真学报, 2019, 31(4): 733-739.

基于线性自适应QPSO整定的倒立摆模糊滑模控制

Fuzzy Sliding Mode Control of Double Inverted Pendulum Based on Linear Adaptive QPSO Tuning

PDF (PC)

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价