拟人智能控制算法在倒立摆系统中的应用研究

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1、中国科学拉术大学硕士学位论文摘要倒立摆系统是一种快速响应，多变量，非线性，强耦合的自然不稳定系统，长期以来都是国内外学者研究的热门课题之一。本文中所用二轮小车倒立摆是实验室自行研制的一种新型倒立摆，刊一般的直线倒立摆相比有很大的差异，常用的极点配置或LQR等基于模型的控制算法，在该系统中的应用效果并不理想。拟人智能控制算法模拟人解决问题时的广义规约思路，无需被控对象的精确模型，主要通过对被控对象的物理模型的分析结合人的控制经验和相关知识形成定性控制律，具有鲁棒性强的特点。耍使用拟人智能控制算法解决实际问题，其中关键的一步

2、就是如何取得定性控制律中各个参数的具体量化值。遗传算法是一种基于生物界自然选择原理的优化搜索方法，其主要特点是搜索不依赖于梯度信息，只要所求解的问题可阱表达就可吼了，尤其适用于处理传统搜索方法难于解决的复杂和非线性问题，可广泛应用于组合优化、机器学习、自适应控制、规划设计和人工生命等领域，它具有全局寻优的能力。本文就充分利用拟人智能控制算法鲁棒性强的特点和遗传算法良好的全局收敛性的特点，采用遗传算法寻优参数的拟人智能控制律来解决二轮小车倒立摆系统的控制问题。在系统未经过本文中的改进而进行实验时，为了读取每个采样列刻的实验

3、数据，必须将这些数据存储在DSP外部存储器中并通过特定接口和仿真软件来读取，这不仅操作起来非常麻烦，而且所得数据量也大受影响。为了改变这种状况，本文设计中添加了DSP和Pc机实时通信模块，可以采用有线和无线两种方式使得DSP采集的数据可以实时传给PC机，并在Pc机端的用户界面中显示，大大地提高了实验效率。同时，为了整个系统的安全稳定工作，新添加了一个接收模块，在该模块中应用6N137芯片将I)SP与PC机双向隔离。关键词：二轮小车倒立摆，遗传算法，拟人智能控制，实时通信，光电耦合中国科学技术大学硕士学位论文ABSTRAC

4、TAsanontinearandstrong—coup]jngunstahlesystem，theInvertedPendulumsystemisalwaysoneofthemoslpopularproblemsstudiedbythescholarsalloverthewor]dTheDual—WheelCartInvertedPendulum．whichisdevelopedbythelaboratory，isanewtypehasmanydifferencescomparedtotheotherInresu]tso

5、ftheapplieationsarenotverygoodalgorithmsbasedonaccuratemodelsuchasLQRBasedonanalyzingthephysicalmodeloftusinggeneralizedreduction，wecangetaquahuman—imitatingintelligentcontro]theorywimathematicmodelpropertyandthequalitativalgorithmsecOntrkeyproblemistooliawThegen

6、eticofInvertedPendulum，itvertedPendulum，andtheusingthecommoncontrolandPolePlacement，etc．hecontrolledsystemand1jtativecontrolIawbythouttheaccuratesystem．Ithasstrongrobustnessgettheaccurateparametersofthealgorithmisakindofoptimizationbasedonnaturalselectioncharacte

7、risticofgeneticalgorithmisgradsinformationhutonthequestlonprinciple，andthemainthatitssearchisnotbasedexpressedItcanbeusedincombinationoptimization，machinelearning，adaptirecondesign．artJficJa】1ifeandotherfieldsgloballyconvergentHuman—imitaLingintebasedongeneticalg

8、orithmisappliedtoPendulumsysteminthisthesis．ThemethodofthestrongrobustnesspropertyofHuman—ianditUigentheDutakesmitatihasstrongpropertyofcecontrolalgorithma1一Wh