基于多级倒立摆的智能控制方法研究

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1、哈尔滨理T人学T学硕J。学位论文基于多级倒立摆的智能控制方法研究摘要倒立摆系统是一个典型的快速、多变量、非线性、不稳定系统，其对于非线性系统的研究无论在理论上和方法上都具有深远的意义。对倒立摆的研究可以归结为对非线性、多变量、不稳定系统的研究，其控制方法和思路在处理一般工业过程中也有很广泛的用途，倒立摆系统是进行控制理论研究的理想平台。本文以一级、二级倒立摆系统为研究对象，重点研究了模糊控制方法对一级、二级倒立摆系统的模糊控制器的设计，并且在倒立摆实体上进行实时稳定控制。本文首先对倒立摆系统的结构和数学模型进行了分析、建模。并且对固高公司生产的一级、二级倒立摆硬件组成进行了简单的介绍，使

2、读者对倒立摆系统有理性的认识。其次采用了模糊控制理论对一级、二级倒立摆系统进行了模糊控制器的设计。首先对一级倒立摆采取了双闭环模糊控制方法，此方法基于无模型控制理论设计，其中内环模糊控制器控制摆杆的角度，外环控制器控制小车的位置。如果采用普通的模糊控制方法设计，其规则库将有54=625条规则，双闭环控制设计两个模糊控制器使模糊规则简化，此方法主要为了解决规则爆炸的问题。成功地在固高公司的倒立摆台体上实现稳定控制，并且在仿真结果中分析了其优缺点。最后采用二次寻优的方法设计融合函数并与模糊控制相结合控制二级倒立摆。主要原理是通过设计的融合函数将倒立摆系统耦合性很强的6个变量进行融合成为两个变

3、量(误差E、误差变化率EC)，然后针对这两个变量设计模糊控制器进行控制。此方法也在固高公司的二级倒立摆的实体上实现了稳定控制，有很好的稳定性和抗干扰性，取得了预期的效果。关键词倒立摆；模糊控制；双闭环控制；无模型控制；融合函数堕垒兰塞三查兰三兰堡!：兰堡篁圣TheIntelligenceControlMethodResearchBasedonMultistageInvertedPendulumAbstractInvertedpendulumsystemisatypicalsystemoffast，multi—variableandinstability．Ithasfar—reaching

4、significancefornonlinearityresearchwhateverintheoryandmethod．ResearchingInvertedpendulumsystemcaninducetoresearchthesystemfornonlinearity．multi-variableandinstability．It’Scontrolmethodhadbroadpurposeindealwithgeneralindustryprocess．Invertedpendulumsystemistheperfectplatformcarryingthroughcontrolt

5、heoryresearch．Thisthesisprimaryresearcheshowtodesignfuzzycontrollerusingfuzzycontrolmethodinthe1-stageand2-stageInvertedpendulumsystem，andmakesexperimentaboutreal—timestabilizationcontrolintheInvertedpendulumsystem．Firstofall-thisthesisanalysesthestructureandmathematicmodelofInvertedpendulumsyste

6、m．AnditintroducesthehardwarecomponentabouttheGoogollinear1一stageand2-stageInvertedpendulum．Then，itusesthefuzzycontroltheorytodesignfuzzycontrollerforthelinear1·stageand2-stageInvertedpendulumsystem．Thisthesisadoptsthedoubleclosedloopfuzzycontrolmethodin1-stagelinearInvertedpendulum．Basedonnon-mod

7、elcontroltheory，themethodusesinteriorloopfuzzycontrollertocontroltheangleofpole，andusesexteriorlooptocontrolthepositionofCar．Ifweuseordinaryfuzzycontrolmethodtodesign，therulebasewouldhave625rules．Doubleclosedloopdesign