倒立摆系统的pid与模糊神经网络控制

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1、ISSN1009-3044E-mail:eduf@cccc.net.cn第Co8m卷第puterK13no期wledg(e2012andT年ech5n月olo)gy电脑知识与技术ComputerKnowledgeandTechttp://www.dnzs.net.cnhnology电脑知识与技术Vol.8,No.13,May2012.Tel:+86-551-56909635690964倒立摆系统的PID与模糊神经网络控制刘志龙，潘玉民(华北科技学院电子信息工程学院，北京101601)摘要：该文采用PID与自适应神经网络模糊推理(ANFIS)

2、方法对一级倒立摆进行控制，将神经网络控制与模糊控制相结合，用神经网络学习PID的数据并对模糊神经控制器进行训练。当模型参数改变时，自适应神经网络模糊推理系统有良好的自适应能力，能使倒立摆小车抵抗外界干扰并且较准确的到达预定的位置。关键词：倒立摆；PID；模糊神经网络；稳定性控制；仿真中图分类号：TP18文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)13-3165-06InvertedPendulumSystemBasedonPIDandFuzzyNeuralNetworksControlLIUZhi-long,PANYu-min(D

3、epartmentofElectronicInformationEngineering,NorthChinaInstituteofScienceandTechnology,Beijing101601,China)Abstract:Inthispaper,weadoptPIDandtheadaptiveneuralnetworkbasedfuzzyinferencemethodtocontroltheinvertedpendulum,combinedthefuzzycontrolintotheneuralcontrol.Thismethodc

4、animprovethecapabilityofthefuzzycontrollerthroughlearningtheda⁃taofPIDcontrollertotrainthefuzzycontroller.Whenthemodelparameterswerechanged,theadaptiveneuralnetworkbasedfuzzyinfer⁃encesystemhadgoodadoptabilitytoanti-interfere.Thecarcangotothedestinepositionexactly.Keywords

5、:invertedpendulum;PID;neuralnetworkbasedfuzzyinferencesystem;stablecontrol;simulation倒立摆是一种典型的高阶、非线性、强耦合、多变量、不稳定的装置，但是它的结构简单、成本低、容易调试的特点使得它成为检验各种控制策略、控制理论的理想平台。对倒立摆系统的学习研究具有广泛、深远的现实和实践意义，其控制效果可以有效衡量控制理论有效性，另外，一些抽象的控制概念也可以通过倒立摆来理解，例如稳定性、鲁棒性、能控能观性等。倒立摆起初是用来进行航空航天领域的原理应用的，而后倒

6、立摆系统便成为验证控制理论与策略的理想对象。由于倒立摆竖直稳定的状态与机器人直立行走的形态及其相似，倒立摆的平衡控制与火箭发射过程中的调姿极为相像，因此，倒立摆系统的控制原理也被用与双足机器人直立行走及火箭稳定发射与飞行方面。近年来，对多级倒立摆和各种复杂结构的倒立摆进行有效控制成为各个学科领域不断研究、不断创新的课题之一。把模糊逻辑系统与人工神经网络有机结合并运用于倒立摆系统的控制中，成为一种实现倒立摆系统稳定控制的有效方法。1倒立摆模型的受力分析及数学模型的建立倒立摆系统如图1所示。摆杆皮带电机滑轮小车滑轨图1一级倒立摆控制原理2图1中

7、摆和小车参数：l=0.5m,g=9.8m/s,m=0.1kg,M=3kg。各参数含义如表1所示。倒立摆的受力分析如图2所示。收稿日期：2012-03-05基金项目：河北省教育厅计划项目(Z2006439)资助(No.Z2006439)作者简介：刘志龙，自动化专业本科生，已考取电子科技大学硕士；潘玉民，副教授，硕士，研究方向为电气传动、复杂系统建模，智能控制。本栏目责任编辑：唐一东人工智能及识别技术3165ComputerKnowledgeandTechnology电脑知识与技术第8卷第13期(2012年5月)表1倒立摆系统参数M小车质量θ摆

8、角大小（竖直向下为零起始位置，逆时针方向为正方向)m摆杆质量N小车对摆杆水平方向作用力l摆杆转动轴心到摆杆质心的长度P小车对摆杆竖直方向作用力I摆杆系统的转动惯量F电动机经传动机