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倒立摆智能控制策略研究



摘  要


倒立摆系统是一个典型的高阶次、多变量、严重不稳定和强耦合的非线性系统。在控制过程中，它能有效地反映诸如可镇定性、鲁棒性、随动性以及跟踪等许多控制中的关键问题，是检验各种控制理论的理想模型，对其研究具有重大的理论和实践意义。

本文主要研究的对象是直线一级倒立摆系统。其中，介绍了倒立摆系统的研究背景和意义；通过应用牛顿力学定律对直线一级倒立摆系统进行了数学建模并对倒立摆的数学模型进行了定性分析；研究了模糊控制的基本原理，并通过模糊控制策略，设计出了倒立摆模糊控制的控制方法；通过Matlab/Simulink软件对倒立摆系统进行了仿真。仿真结果证明：所设计的模糊控制器可以有效的稳定倒立摆系统。

关键词：倒立摆；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  录


第一章 绪论…………………………………………………………………………………1

1.1 倒立摆的研究意义和目的…………………………………………………………1

1.2倒立摆的研究背景及发展现状……………………………………………………1

1.3 倒立摆的控制方法介绍……………………………………………………………1

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

第二章 倒立摆系统的数学建模……………………………………………………………4

2.1 直线一级倒立摆的数学模型………………………………………………………4

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

第三章 模糊控制理论的基本原理…………………………………………………………9

3.1 模糊控制理论概述…………………………………………………………………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 模糊集合的隶属函数…………………………………………………………10

    3.2.4 模糊关系………………………………………………………………………10

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

3.3 模糊控制器的组成…………………………………………………………………12

第四章 倒立摆系统的模糊控制器设计……………………………………………………14

4.1 位置模糊控制器的设计……………………………………………………………14

4.2 角度模糊控制器的设计……………………………………………………………15

第五章 倒立摆系统的Matlab仿真…………………………………………………………17

5.1 倒立摆系统的建模仿真……………………………………………………………17

5.2 倒立摆模糊控制器仿真……………………………………………………………19

5.3 倒立摆模糊控制仿真实现…………………………………………………………24

5.4仿真总结……………………………………………………………………………28

结论…………………………………………………………………………………………30

参考文献 ……………………………………………………………………………………31

谢辞…………………………………………………………………………………………32