【硕士论文】二级倒立摆控制算法的研究及实现.pdf

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1、甘肃工业大学硕士学位论文二级倒立摆控制算法的研究及实现姓名：江敏申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：陈希平20000401摘要Y658260要本课题旨在研究如何用智能控制的策略来实现对二级侄4立摆的控制，特别是研究如伺通过遗传算法来确定模糊控制器的参数。论文首先根据二级倒立摆的数学模型对其进行分析，并对其控制方法进行了总结和论述。根据倒立摆系统传统控制方法中存在的—些问题，提出了用遗传算法获取模糊控制器的参数，采用模糊控制的方法控制二级倒立摆的方案，并进行了大量的仿真研究，证明了这种方案的可行性。最后，探讨了倒

2、立摆控制系统作为非线陛系统的智能控制的线艮趋势。关键词；二级倒立摆遗传算法智能控制非线性系统模糊控制多模态控制垒!墨翌!!一AbstractThiSthesiSaimstocontroidotlble—invertedpenduluminintelligentcontr01，especiallytofindhowtogetthefuzzycontroller’SparametersbasedongenetiCalgorithms．Inthispaper．analysis0fthedouble—invertedpendulumi

3、smadebasedonitsmathematiCsmodel．Thecontr01methodsareintroducedanddiscussed，AccordingtotheproblemsexistedtheCOntr01methods，anewfuzzyCOntrolleriSdesignedandthecontrollerparametersareoptimized011geneticalgorithm．ThesimulatingresultshowsthatthismethodisvalidFinally，then

4、onlinearcontroltendencytointelligentcontr01isdiSCuSSed．Keyword：Double—invertedpendulumIntelligentcontrolFuzzycontr01GeneticalgorithmNonlinearsystemMulti—modecontrol甘肃工业大学硕士论文觯龇倒立摆是—个典型的非线睦，强耦合，多变量和不稳定系统。近代机械控制系统中，如直升飞机、火箭发射、人造卫星运行及机器人举重物、做体操和机器人步行控审蠛，都存在有类似于侄4立摆的稳竞至

5、控制问题。倒立摆系统在控带雠中能有效地反映许多关矬陛的问题，如镇定问题、鲁棒睦问题、随动问题及跟踪问题等。其典型性在于：作为—个装置，它比较简单而且成本低廉，便于模拟和数字实现多种不同的控制方式，作为一个被控对象，它又相当复杂，只有采取有效措施才能使之成为—个稳定的系统。因此，倒立摆的研究有重要的理论价值和实际意义，从六十年代开始，近四十年来一亘受到控制界的广泛关注，成为研究各类控制算法的—种典型的被控对象。一、倒立摆毖劬稻陶谬踉c陂展历史；愀国外对倒立摆系统的研究可以追朔到六十年代。Cannon等人在1966年首次实现了对一

6、级倒立摆的稳定控制。S．Mori等人在1975年采用最优控带忏毗鹾韵的方法也实现了一级倒立摆的稳定控制。对二级倒立摆的研究是从七十年代开始的。1972年，Sturgen等人采用{Nv．I的方法完成了对二级倒立摆的稳定控制。1978年，Furuta等人采用小型计算机实现了对二级倒立摆的稳定控制，1980年，他们又完成了二级倒立摆在倾斜轨道上的稳定控制，1984年，他们在二极压4立摆的基础上提出了—种三级侄^立摆的装置，并用微型计算机实现了稳定控制，该装置不再使用小车和轨道，而是蝴上爨嶷了两，个控制电帆，同时附加了平衡杆以增大各摆

7、杆的转动惯量，使系统便于控制。1988年，同济大学的研究生宋国宾在西德波鸿鲁尔大学进修期间，在Unbehcuen教授的指导下，研制了另一种三级倒立摆装置，在该装置中，侄啦：摆仍然；链小车上，同时在高节摆杆上安装了一个控制电机，其控制难度大于1984年Ftmata等人研究的那种三级倒立摆系统的控制，控制器采用甘肃工业大学硕士论文MATROX单板机，且与IBM-PC通讯。近年来，神经元网络，也控制，模糊控制等理论的出现，为倒立摆的研究提供了新的方法。1989年，Anderson发表了一篇题为《利用神经元网络自学习控制一级倒立摆》的

8、文章，文章叙述了利用神经元网络构成控制器对未知的控制对象进行重复控制时，边学习边构成控制规律。1993年，Linden等人发表了题为《一级干摩擦例立摆H。控制》的文章。国内对倒立摆系统的研究工作是从八十年代开始的，1982年，西安交i髟嗡笔定减了二级侄崆摆系统的研审怖控制，控