试析二级倒立摆的模糊控制

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1、上海交通大学硕士学位论文二级倒立摆的模糊控制姓名：冯冰申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：翁正新20060101二级倒立摆的模糊控制摘要倒立摆系统是一个典型快速多变量非线性不稳定的高阶系统研究其控制理论和方法对于双足机器人行走火箭发射过程调整和直升机飞行控制领域有重要的现实意义本文采用模糊控制理论对倒立摆系统进行了研究并对其非线性模型进行了仿真具体工作如下1用拉格朗日法详细推导了二级倒立摆的数学模型并对倒立摆系统进行定性分析2采用了串级的层次结构设计模糊控制器该模糊控制器简化了变量减少了控制规则使控制器的控制规则更为简单有效该串级层次结构完全根据人员控制经验设计充分

2、体现了模糊控制的特点3在Simulink下建立了二级倒立摆的非线形运动仿真模型采用LQR算法设计控制器对非线性模型进行仿真并与线性化模型的仿真结果比较证明了通常建模过程中的线性化近似对系统产生了影响而非线性模型能更真实地反应系统的状况4在Simulink下进行了稳定控制仿真抗干扰仿真和各级控制器分析的仿真试验并对试验结果和设计时的参数选择进行分析通过对倒立摆系统的研究验证了模糊控制能够利用简单的语言规则对复杂的控制系统进行良好的控制不仅能满足非线性系统的控制要求而且具有很强的鲁棒性关键字二级倒立摆模糊控制串级结构仿真FUZZYCONTROLOFDOUBLEINVERTEDPENDU

3、LUMAbstractTheinvertedpendulumisatypicalhighordersystemoffleet,multivariable,nonlinear,absolutelyinstable.Theresearchontheoriesandmethodsoftheinvertedpendulum'scontrolisextensivelysignificativeonmanyfields,suchasthewalkingofbipedrobots,thelunchingofprocessofrocketsandflyingcontrolofhelicopters

4、.Inthispaper,fuzzycontroltheorywasintroducedtostudythesystemofthedoubleinvertedpendulum.Anditsnon-linearmodelwassimulatedwithSIMULINKtools.Mainresearchworkisdeclaredbelow:1:ThemathematicalmodelofthedoubleinvertedpendulumwasderivedindetailbyusingLagrangemethod,andanalyzedthequalityofthedoublein

5、vertedpendulum.2:Designedaseries-woundhiberarchyfuzzycontroller.Thiskindofhiberarchypredigeststhevariablesanddecreasesthecontrolrules,sothatthecontrollercanbemoreeffectiveandsimpler.Theprocessofdesigningtheseries-woundhiberarchywascompletelybasedontheexperienceofhomininecontrol,whichcanfullyre

6、presentstheadvantageofthefuzzycontrol.3:Builtthenon-linearemulationalmodelofthedoubleinvertedpendulum.ByusingtheLQRcontroller,simulatedthenon-linearmodelandcomparedtheresultwiththelinearone.Theresultshowedthatthelinearapproximationsdidinfluenceonthesystemduringtheprocessofmodeling,andthenon-li

7、nearmodelcouldrepresentthestatesofthesystemmoreveritably.4:WiththeSIMULINKtools,manysimulationssuchasstabilitycontrolsimulation,anti-disturbancesimulationandsimulationsforanalyzingthefunctionofeachsubsectionfuzzycontrollerwereimplemente