倒立摆系统控制方法的研究与设计

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1、东北大学硕士学位论文摘要倒立摆系统控制方法研究与设计摘要论文以计算机物体(即倒立摆)为控制对象，研究它运动的控制方法。采用模糊控制理论研究了倒立摆的系统控制并仿真，且和PID控制器作比较，进一步证明了本文设计的模糊控制器有很好的稳定性和适用性。主要研究工作如下：1、运用牛顿力学分析方法建立了一级倒立摆系统的数学模型。并对倒立摆系统进行定性分析。证明了倒立摆系统是开环不稳定的，但在平衡点是能观的和能控的，可以对系统进行控制器的设计，使系统稳定。2、通过建立模糊规则，研究倒立摆系统的模糊控制算法。本文把摆杆的角度和角速度作为输入量，单独组成一个角度控制器；把小车

2、的位置和速度作为输入量，组成另一个位置控制器。从而实现“摆体不倒，小车停住”的总体控制目标。3、倒立摆模糊控制仿真。本文利用Simulink建立倒立摆系统模型，实现了倒立摆模糊控制系统的仿真。仿真结果表明：模糊控制器不仅可以使摆杆稳定，还可以使小车稳定在特定位置。本文分别设计倒立摆的位置模糊控制器和角度模糊控制器，最终又将其有机结合起来，组成一个完整的模糊控制器，并成功运用是本文的创新。关键词：倒立摆；模糊控制；PID控制器；模糊控制器一II—●‘●TheControlMethodResearchandDesignofInvertedPendulumSyst

3、emAbstract1hepapertakesthecomputerobject(i．e．invertedpendulum)asthecontr011edmem眦aIldstudieSthecontrolmethodofitsmovement．UsingthefuzzycontroltheoryreSearchedthecontrolsYstemofinvertedpendulumandsimulated，moreover,makesthecomparisonwiththeP1Dcontroller．Anditprovesthatthisc。ntroller

4、haSwe叮go。dstabilityand二daptabiIi戗TIlemainresearchworkisdeclaredbelow：l·ThemathematicalmodelofsingleinvertedpendulumisformulatedonuSin2Nevvtonianmechanicsanalysismethod．AndthequalitativeanalysisdonefortheinVeIrtedpendulum·Itisprovedthatopen-loopcontrolinvertedpendulumsystemisinstabi

5、lity,butitiscontrollablea11dobservableontheequilibriumpoint．Sowecanmal(ethesystemt0bestabilitybydesigningacontroller．2·Researchonfuzzycontrolalgorithmofinvertedpendulumsystembyestablishingfuzzymle·Inthjspaper，wecomposea11anglecontr。lierwhich冰esswinglink·sangleaIld‘heangularSpeeQast

6、heinputvalue．ThenwerealizetheoverallcontroIobjectivewhichis历Pprincipleofstandinguppendulumandstabilizingcart．3·nlesimulationoffuzzyofinVertedpendulumsystem．Werealizetllethesimulationof1nVertedpenduJ啪systembytheSIMULINKToolbox．Simulationexperimentofthe如zzVcontrolof1nVenedpendulumisv

7、erywellimplementedbyusingfuzzycontr01theory,thattheresuItshowsthatitnotonlyhasquitegoodstability,butalsoisabletomal(ethec绷ofthemVenedpendulummoVingtotheplacewhereitisappointedbyusinadvance，alongtheorbit．Thlspaper’sinnovationisthatIcomposeacompletefuzzycontrollerbyestabljS

8、1ingtllep

9、osltlonfuzzycontrollerofin