基于模糊控制的倒立摆研究

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1、基于模糊控制的倒立摆研究摘要倒立摆系统是一个典型的单输入多输出、多变量、非线性、强耦合、自然不稳定的高阶系统。倒立摆系统是研究控制理论的一种典型的实验装置，它不仅具有生动直观的教学特点，在研究方面同样具有重要的价值。研究倒立摆系统除了很强的理论意义，同时也具有深远的实践意义，在研究双足机器人直立行走、火箭发射过程的姿态调整和直升机飞行控制领域中有重要的现实意义，相关的科研成果已经应用到航天科技和机器人学等诸多领域。本论文主要完成以下内容：分析了倒立摆系统的组成、工作机理及特性分析，在此基础上运用牛顿一欧拉方法建立了直线倒立摆系统的数学模型，并进行了定性分析。运用变量分组的方法完成倒立摆模

2、糊控制器的设计。即在控制结构上采用将一个复杂的多输入．单输出的模糊控制器，分解成若干个较为简单的多输入．单输出的模糊控制器。分析直线倒立摆LQR控制的设计方法，完成倒立摆的LQR控制器的设计，并通过MATLAB编程对比仿真，实现了倒立摆的最优控制并找出倒立摆LQR控制方法中Q和R的有效取值办法。根据T-S模糊系统的原理建立了直线倒立摆系统的T-S模型，并运用并行分布补偿控制原理(PDC)完成了控制器的设计，分别对连续型T-S模型的直线倒立摆控制系统和连续不确定型T-S模型的直线倒立摆控制系统进行了仿真研究，验证了本文设计的模糊控制器可以实现对倒立摆系统的稳定控制，以及设计方法的有效性。关

3、键词：倒立摆，模糊控制，T-S，线性二次型调节器(LQR)IIRESEARCHONINVERTEDPENDULUMSYSTEMBASEDoNFUZZYCoNTRoLABSTRACTTheinvertedpendulumsystemisatypicalmodelofsingle-inputandmulti-outputs，multivariable，nonlinearity,s”ong-couplingandinstabilitynaturally．Theinvertedpendulumsystemisatypicalexperimentdevice，ithasthelifeintuiti

4、onisticteachingcharacteristics，andithastheimportantvalueinresearchofcontroltheory．Theresearchofinvertedpendulumhasmanyimportantrealisticmeaningintheresearchsuchas，thewalkingofbipedrobot，thelunchingprocessofrocketandflyingcontrolofhelicopter,andmanycorrelativeproductionshasapplicationsinthefieldof

5、technologyofspaceflightandsubjectofrobot．Thepaperhavecompletedmainlythefollowingcontents．Thepaperhasanalyzedthecompose，themechanismandthecharacteristicoftheinvertedpendulumsystem．ThemathematicalmodeloftheinvertedpendulumwasbuiltbyusingNewton-oulamethod．Thepaperhasfinishedthedesignoffuzzycontrolle

6、roftheinvertedpendulum，byusingthewayofvariablegrouping，thatis，dividingonecomplicatedfuzzycontrollerofmanyinputs—singleoutputintomanysimplefuzzycontrollersofmanyinputs-singleoutput．Inthispaper,itmadeastudyandanalysisofLQRcontroloninvertedpendulum，finishedthedesignofLQRcontrolleroftheinvertedpendul

7、um，nlcompletedexcellentlycontrollingoftheinvertedpendulum，andfoundoutthemeansofchossingthematrixQand＆throughMATLABsimulation．TheT-Smodelofinvertedpendulumwasbuilt，andthedesignofthecontrollerisfinishedbyusingtheparallel