倒立摆的模糊控制研究

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1、江南大学硕士学位论文倒立摆的模糊控制研究姓名：翟龙余申请学位级别：硕士专业：控制工程指导教师：徐保国;周忠旺20080301摘要’倒立摆系统是一个典型的多变量、非线性、强藕合和快速运动的自然不稳定系统。因此倒立摆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，相关的科研成果己经应用到航天科技和机器人学等诸多领域。本文围绕一级倒立摆系统，采用模糊控制理论研究了倒立摆的控制系统仿真问题。仿真的成功证明了本文设计的模糊控制器有很好的稳定性。主要研究工作如下：1)使用了牛顿力学和Lagr觚ge方程对倒立摆进行数学建

2、模，推导出倒立摆系统传递函数和状态空间方程。。2)分析了模糊控制理论的数学基础，对模糊控制的方法进行了研究：介绍了模糊子集、模糊关系和模糊推理等相关知识，在此基础上进一步分析了模糊控制器的结构与组成，对精确量的模糊化、模糊控制算法设计方法以及输出信息的模糊判决作了进一步的介绍。3)介绍了如何利用Si咖likn建立倒立摆系统模型，特别是利用Mask封装功能，使模型更具灵活性，给仿真带来很大方便。4)一级倒立摆系统的控制器设计与仿真：考虑到同时控制倒立摆的四个状态变量五戈，口，矽，必然会使模糊控制规则复杂并且数目庞大(即所谓的规则爆炸)，本文设计了两

3、个模糊控制器即位置模糊控制器和角度模糊控制器，用这两个模糊控制器进行串联控制，并把位置模糊控制器控制输出作为一个虚拟角度乘以一个系数与摆杆的实际角度叠加形成一个广义角，以这个广义角和摆杆的角速度作为输入量输入给角度模糊控制器对摆杆的角度进行控制；通过matlab的Si删likn实现了倒立摆模糊控制系统的仿真，仿真结果证明：模糊控制器不仅可以稳定倒立摆系统，还可以使小车定位在特定位置。5)对于二级倒立摆采用了分层模糊控制的思想，解决了规则爆炸问题，仿真结果显示对摆杆的控制效果较好。关键词：倒立摆模糊控制模糊推理系统仿真AbstractInVerrt

4、edpendul啪systemisat)，picalmultiv撕able，nonline鸩strong．couplingwithf瓠motionandnaturalinstabilitysystem．SotheresearChofinverrtedpendulumhaSmanyimportantreallstlcmeanlngmthe甜eaSsuchas，thewalkingofbipedrobot，thepostureadiustmentinlaunchingproceSsofrocket，andthenyingcontrolofhelico

5、pter．Manycon．elativeproductionshaveapp“cationsinmanyfieldsoftechnologyofspaceflightandsub6ectofrobot．FuzzycontroltheoryisintroducedtostudysimulationandthesimulationandthecontrollingproblemininVertedpendul啪intllisp印er．SuccessofsimulationprovesthatthedesigllednJzzycontrollerhaS

6、Ve巧goodstabili够Mainresearch、vorkisdeclaredbelow：1)TheNe、Ⅳton’smechanics肌dLagrangeEquationisusedtodrivethemathematicalmodelofinVenedpendulumandthetransferfunctionaSwellaLsthestate．spaceequationofinvenedpendulumisdeduced．2)Takearesearchonmathematical血ndamentandmethodsof如zzycont

7、roltheory：Fuzzysubset，fuzzyrelations，aswdlaSfuzz)，reasoning，otherrelatedl(110wledgeisintroduced．Basedonthat如rtherstudyonthestmctureandcomponentofcontrollerofsingleinvertedpendulumaremadeaJldthepreciseamountofmzzy'thedesignmethodof如zzycontrolalgorithmaJld勉zyoutput11Jlingare．in

8、troduced．3)Thesimulationof如zzycontrolofinvertedpendulumsystem．Itisin