基于模糊控制的旋转式倒立摆控制算法研究

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1、山东大学硕士学位论文摘要倒立摆控制是一个经典的控制平衡问题。作为典型的快速、多变量、非线性、绝对不稳定系统，一直是控制理论与应用的热点问题，不但是验证现代控制理论方法的典型实验装置，而且其控制方法和思路对处理一般工业过程亦有广泛的用途，因此倒立摆系统的研究具有重要的理论研究和实际应用价值。许多抽象的控制概念如控制系统的稳定性、可控性、系统收敛速度和系统抗干扰能力等，都可以通过倒立摆系统直观的表现出来。倒立摆系统的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合等特性使得许多现代控制理论的研究人员一直将它视为研究对象。他们不断从研究倒立摆控

2、制方法中发掘出新的控制方法，并将其应用于航天科技和机器人学等各种高新科技领域。由于它的行为与火箭以及两足机器人行走有很大的相似性，因而对其研究具有重大的理论和实践意义。本文首先阐述了倒立摆系统控制的研究发展过程和现状；随后介绍了旋转＼。式倒立摆系统的动力学建模过程，研究了倒立摆系统的各种控制策略。把倒立’-摆系统的动态方程在其工作点附近进行线性化，得出其线性化方程，然后运用MATLAB程序对极点配置控制器和LQR控制器进行了仿真，针对实际系统总结出这两种理论的经验参数，并对两种理论的控制效果进行了对比。由于被控对象的日趋复杂，对

3、控制性能的要求不断提高，传统控制理论对解决复杂系统效果不好。本文将人工智能中的模糊控制引入控制系统，设计了一个四维基本模糊控制器，并在此基础上设计了一个双闭环模糊控制器。把双闭环控制思想引入到模糊控制器的设计中，一方面利用双闭环控制思想，提高了响应速度，改善系统性能；另一方面减小了模糊控制器的规模，简化了模糊控制器的设计。通过仿真实验也表明了这种控制方案是可行的，其效果良好。整个论文的完成，以一定的理论为基础，既有数学模型的推导，又有方法理论的探讨，而且研究对象相当典型，故本课题有重大的理论意义和实际意义。关键词：倒立摆，模糊控

4、制，双闭环模糊控制器，MATLAB仿真山东大学硕士学位论文ABSTRACTTheinvertedpendulumisaclassicalcontrolproblemofbalancingstickverticallyonalineartrackcart．Invertedpendulumsystemisatypicallyrapid，multi-variable，nonlinear，absolutelyinsiabilitysystem，anditisthefavoriteprobleminthecontroltheoryandt

5、estthemodemcontroltheory，andalsoitiscontroltechniqueandideaisusefultoaverageindustrialprocess．Thestudiesontheinvertedpendulumhavesignificanttheoryandpracticalvalues．TheyCanshowmanyabstractconcepts，suchasthestability,thecontrollability,theconvergentspeedandtheabilityo

6、ftheanti—disturbance．Becauseinvertedpendulumisatypicalsystem，whichisfleet，multi-variable，non—linear,andabsolutelyinstable．Itbecomestheresearchobjectofmanyresearchers．Theycontinuallyexcavatemanynewmethods，andapplythemtovarioushigh-techfields，suchasaviationandtherobots

7、．Becausethecharacteristicoftheinvertedpendulumissimilartothecharacteristicoftherocketsandtherobots，theresearchesonithavetheoryandpracticalsignificance．Aboveall，theinvertedpendulumhasbecometheexperimentalsystem，onwhichwecanlearnandvalidatevariouscontroltheories．Linear

8、andfuzzycontroltheoryisrequiredtokeepthesystemstableinthepaper．Afterconciselyintroducingthedevelopmentandcurrentsituationofinvertep