倒立擺系統(tǒng)的模糊控制研究.pdf

1、倒立擺系統(tǒng)是個典型的多變量、非線性、強耦合的自然不穩(wěn)定系統(tǒng)。最近幾年一直是控制領(lǐng)域研究的熱點。對倒立擺系統(tǒng)地研究不僅具有很重要的理論意義，而且在研究雙足機器人直立行走，火箭發(fā)射過程的姿態(tài)調(diào)整和直升機飛行控制領(lǐng)域中也有指導(dǎo)性的現(xiàn)實意義。
　　 本文圍繞一級直線倒立擺和二級直線倒立擺系統(tǒng)，從能量觀點出發(fā)，設(shè)計出能量起擺控制器，對一級倒立擺實現(xiàn)起擺拄制。設(shè)計模糊控制器分別對一級和二級倒立擺實現(xiàn)穩(wěn)定控制。實物控制的成功進一步證明了本文所

2、設(shè)計的控制器具有很好的穩(wěn)定性和抗干擾性.主要研究工作如下：
　　 1)建立了級、二級倒立擺系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，對倒立擺系統(tǒng)進行定性分析。
　　 證明了倒立擺系統(tǒng)開環(huán)是不穩(wěn)定的，但在平衡點是可控的。同時，從相對可控度方面指出了一級倒立擺的相對可控度要比一級倒立擺小很多，更難以控制。
　　 2)一級倒立擺的控制器設(shè)計。首先，從能量觀點出發(fā)，設(shè)計了起擺控制器。
　　 然后根據(jù)“擺桿不倒，小車穩(wěn)住”的原則，提出了雙模

3、糊控制器的控制策略和“虛擬角度”的概念，經(jīng)過仿真調(diào)試對重要的參數(shù)不斷尋優(yōu)。最后，進行實時控制，成功的把一級倒立擺從豎直向下的靜止?fàn)顟B(tài)，經(jīng)過起擺，最終穩(wěn)定在倒立平衡位置。
　　 3)一級倒立擺的控制器設(shè)計。因為二級倒立擺的狀態(tài)方程中有6個狀態(tài)變量，所以模糊控制器的設(shè)計要求更高，要求它的輸入維數(shù)不能太高，避免產(chǎn)生“規(guī)則爆炸”的問題。規(guī)則必須有效而且完整。為此，基于LOR最優(yōu)二次理論，得出反饋矩陣，并以此構(gòu)造出了降維矩陣，把狀態(tài)變量進