A modelling and predictive control approach to linear two-stage inverted pendulum based on RBF-ARX model

控制理论(社会学) 倒立摆 模型预测控制 非线性系统 自回归模型 人工神经网络 偏移量(计算机科学) 计算机科学 数学 控制(管理) 人工智能 量子力学 物理 计量经济学 程序设计语言
作者
Xiaoying Tian,Hui Peng,Xiaoyong Zeng,Feng Zhou,Wenquan Xu,Xiaoyan Peng
出处
期刊:International Journal of Control [Taylor & Francis]
卷期号:94 (2): 351-369 被引量:15
标识
DOI:10.1080/00207179.2019.1594386
摘要

The Underactuated, Fast-responding, Nonlinear and Unstable (UFNU) system is a typical hard-to-control plant, such as multi-stage inverted pendulum (IP). This paper considers the modelling and stabilisation control of a Linear Two-Stage IP (LTSIP). To avoid the problems resulted from using first principle model this paper uses a data-driven approach to building a State-Dependent AutoRegressive eXogenous (SD-ARX) model without offset term, whose coefficients are approximated by Radial Basis Function (RBF) neural networks, to describe the LTSIP. Based on the RBF-ARX model, an infinite horizon Model Predictive Control (MPC) strategy is proposed to control the LTSIP plant, which is designed by using the locally linearised model obtained from the RBF-ARX model, and obtaining the locally optimal state feedback control law at each control period. Stability of the close loop system is proved. Real-time control experimental results demonstrate that the proposed modelling and control method is effective in modelling and controlling the UFNU system.
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