基于动态模糊控制的一级倒立摆-论文.pdf

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1、基于动态模糊控制的一级倒立摆郑舒人张晓华(大连理工大学电气工程学院辽宁·大连l16024)摘要传统的模糊控制器设计是将所有的状态变量送入一个模糊控制器，这将使规则数目呈指数增长，不但设置规则困难、容易导致维数灾难，且不易在硬件控制器上实现。本文给出了一种基于动态模糊控制方法，其规则简单、数目少，易于在硬件控制器上实现。针对一级直线倒立摆系统，本文应用动态模糊控制算法，通过仿真实验，实现其平衡控制目标，完成系统的稳定控制，同时证明算法的有效性。关键词倒立摆拉格朗曰方程系统建模动态模糊算法平衡控制中图分类号：F407．67文献

2、标识码：A0引言态变量在不同控制阶段的重要程度，因此叫做动态权函数。四倒立摆作为一种经典控制系统，一直为众多研究者所关个模糊控制器的输入、输出变量都只有一个，每个控制器内部注，在教学与研究中，作为用于验证控制算法的一种理想的综只有3条规则，设计起来很容易。Fuzzy1-Fuzzy4具有相同的合实验平台受到了广泛的欢迎。日本著名学者KatsuhisaFuruta输入、输出隶属函数和模糊规则。教授使用线性优化的方法，首次实现了二阶倒立摆的稳定控2动态模糊控制器仿真实验制。国内学者李洪兴四阶倒立摆实物系统控制。本文的重点在仿真环

3、境下搭建模型。给系统以幅值为O．1阶跃输入设计动态模糊控制器，实现对其稳定控制。信号，系统仿真曲线如图1所示。系统仿真曲线所示：系统在1动态模糊控制器设计5s左右稳定。有学者提出一种基于单输入规则模块动态连接模型的模3结论糊控制方法，规则简单、数目少，易于在硬件控制器上实现，因本论文一阶倒立摆实物控制系统为研究对象，运用动态此本节用该方法设计控制器。倒立摆共有四个状态变量，若模糊控制方法设计控制器，进行了数字仿真实验研究。先基只设置一个模糊控制器，则规则最多将达到625条，使得控制于拉格朗日方程对倒立摆系统建立完整的数学模

4、型，并通过器设计复杂，对设备运算速度要求高，实现困难，顾可采用双仿真实验，证明倒立摆系统模型的有效性。通过仿真实验检闭环控制结构。验控制器功能，达到预期目标，验证了双闭环动态模糊控制方本节采用的动态模糊控制系统，其归一化过程是将系统案的可行性。参数分别除以相应的归一化因子，且归一化后的变量变化范围在[一1，1]之间，便于下文对应的模糊控制器设计。参考文献归一化后的变量分别送入四个模糊控制器Fuzzyl-Fu—[1]N．Muskinja，B．Tovomik．Swingingupandstabilizationofareali

5、nvertedpendulum[J]．IEEETransactionsonIndustrialElectronics．2006，53(2)．zzy4。这四个控制器产生和四个变量成正比的数值fI．￡，这些[2]K．Fuurta，Katsuhisa，H．Kajiwara，K．Kosuge．Digitalcontrolofadoublein-数值和最终输出力的大小直接相关，f,-f,再分别乘以动态权函vexedPendulumonallinclinedrail[J]．JournalofControl1980，32(5)．数wl—

6、w4后相加，即得到输出力。这种处理方法和状态反馈【3】李洪兴，苗志宏，王加银．四级倒立摆的变论域自适应模糊控制[J]冲国科学，2002，32(1)．很相似，区别在于状态反馈中乘的系数是定值，而这里的动态[4】KeattikomSamarnggoonandHongnianYu．RealtimeVirtualSimulationof权函数w，一w为随着控制状态实时改变的值，它描述了四个状anUnderactuatedPendulum—DrivenCapsuleSystem．UKACCInternationalConferenc

7、eonControl2012．Cardif,UK，3-5September2012．568-573．[5]ShenyongGao，HuaixiangZhang，YingZhang，BoZhang．Optimizationtothe02InvertedPendulumSystembyGeneticFuzzyStrategies．201224thChineseControlandDecisionConference(CCDC)．1562．1565．016[6]SunZ，WangN，BiYType-1／Type一2fuzzylo

8、gicsystemsoptimizationwithRNAgeneticalgorithmfordoubleinvertedpendulum[J]．AppliedMathema-ticalModelling，2014．O1疋雌}{0、^一elI．0O5Tl●}图1：动态模糊控制器仿真曲线l42一科教导刊