倒立擺智能控制策略研究



摘  要


倒立擺系統(tǒng)是一個典型的高階次、多變量、嚴(yán)重不穩(wěn)定和強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)。在控制過程中，它能有效地反映諸如可鎮(zhèn)定性、魯棒性、隨動性以及跟蹤等許多控制中的關(guān)鍵問題，是檢驗各種控制理論的理想模型，對其研究具有重大的理論和實踐意義。

本文主要研究的對象是直線一級倒立擺系統(tǒng)。其中，介紹了倒立擺系統(tǒng)的研究背景和意義；通過應(yīng)用牛頓力學(xué)定律對直線一級倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模并對倒立擺的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了定性分析；研究了模糊控制的基本原理，并通過模糊控制策略，設(shè)計出了倒立擺模糊控制的控制方法；通過Matlab/Simulink軟件對倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果證明：所設(shè)計的模糊控制器可以有效的穩(wěn)定倒立擺系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：倒立擺；模糊控制；仿真


 


 


 


 


 


 


 


 




Abstract


Inverted pendulum system is a typical higher-order, multivariable, serious instability and strongly coupled nonlinear system. In the control process, it can effectively reflect such as stabilization, robustness, mobility,tracking and many other control key issues. It is an ideal test model for a variety of control theory, its research is of great theoretical and practical significance.

In this paper, the object of study is the linear inverted pendulum system. This article describes the inverted pendulum system research background and significance; The application of Newton's laws of mechanics is used to drive the first-order linear inverted pendulum system mathematical modeling Take a research on the basic principles of fuzzy control, by appling fuzzy control strategy，design a fuzzy control of inverted pendulum control; By applying Matlab/Simulink，complete Inverted pendulum system simulation. The simulation results show: fuzzy controller can effectively stabilize an inverted pendulum system.

Keywords: Inverted pendulum; fuzzy control; simulation


 


 


 


 


 


 


目  錄


第一章 緒論…………………………………………………………………………………1

1.1 倒立擺的研究意義和目的…………………………………………………………1

1.2倒立擺的研究背景及發(fā)展現(xiàn)狀……………………………………………………1

1.3 倒立擺的控制方法介紹……………………………………………………………1

1.4 本文的主要工作……………………………………………………………………3

第二章 倒立擺系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建?！?

2.1 直線一級倒立擺的數(shù)學(xué)模型………………………………………………………4

2.2 定性分析……………………………………………………………………………8

第三章 模糊控制理論的基本原理…………………………………………………………9

3.1 模糊控制理論概述…………………………………………………………………9

3.2 模糊控制的基本概念………………………………………………………………9

3.2.1 模糊集合的概念………………………………………………………………9

    3.2.2 模糊集合的表示方法…………………………………………………………10

    3.2.3 模糊集合的隸屬函數(shù)…………………………………………………………10

    3.2.4 模糊關(guān)系………………………………………………………………………10

    3.2.5 模糊推理………………………………………………………………………11

3.3 模糊控制器的組成…………………………………………………………………12

第四章 倒立擺系統(tǒng)的模糊控制器設(shè)計……………………………………………………14

4.1 位置模糊控制器的設(shè)計……………………………………………………………14

4.2 角度模糊控制器的設(shè)計……………………………………………………………15

第五章 倒立擺系統(tǒng)的Matlab仿真…………………………………………………………17

5.1 倒立擺系統(tǒng)的建模仿真……………………………………………………………17

5.2 倒立擺模糊控制器仿真……………………………………………………………19

5.3 倒立擺模糊控制仿真實現(xiàn)…………………………………………………………24

5.4仿真總結(jié)……………………………………………………………………………28

結(jié)論…………………………………………………………………………………………30

參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………………31

謝辭…………………………………………………………………………………………32