倒立擺的模糊控制研究.pdf

1、倒立擺系統(tǒng)是一個(gè)典型的多變量、非線性、強(qiáng)藕合和快速運(yùn)動(dòng)的自然不穩(wěn)定系統(tǒng)。因此倒立擺在研究雙足機(jī)器人直立行走、火箭發(fā)射過程的姿態(tài)調(diào)整和直升機(jī)飛行控制領(lǐng)域中有重要的現(xiàn)實(shí)意義，相關(guān)的科研成果已經(jīng)應(yīng)用到航天科技和機(jī)器人學(xué)等諸多領(lǐng)域。 本文圍繞_級(jí)倒立擺系統(tǒng)，采用模糊控制理論研究了倒立擺的控制系統(tǒng)仿真問題。仿真的成功證明了本文設(shè)計(jì)的模糊控制器有很好的穩(wěn)定性。主要研究工作如下： 1)使用了牛頓力學(xué)和Lagrange方程對(duì)倒立擺進(jìn)行數(shù)

2、學(xué)建模，推導(dǎo)出倒立擺系統(tǒng)傳遞函數(shù)和狀態(tài)空間方程。 2)分析了模糊控制理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，對(duì)模糊控制的方法進(jìn)行了研究：介紹了模糊子集、模糊關(guān)系和模糊推理等相關(guān)知識(shí)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了模糊控制器的結(jié)構(gòu)與組成，對(duì)精確量的模糊化、模糊控制算法設(shè)計(jì)方法以及輸出信息的模糊判決作了進(jìn)一步的介紹。 3)介紹了如何利用Simulikn建立倒立擺系統(tǒng)模型，特別是利用Mask封裝功能，使模型更具靈活性，給仿真帶來很大方便。 4)一級(jí)倒

3、立擺系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)與仿真：考慮到同時(shí)控制倒立擺的四個(gè)狀態(tài)變量x，x，θ，θ，必然會(huì)使模糊控制規(guī)則復(fù)雜并且數(shù)目龐大(即所謂的規(guī)則爆炸)，本文設(shè)計(jì)了兩個(gè)模糊控制器即位置模糊控制器和角度模糊控制器，用這兩個(gè)模糊控制器進(jìn)行串聯(lián)控制，并把位置模糊控制器控制輸出作為一個(gè)虛擬角度乘以一個(gè)系數(shù)與擺桿的實(shí)際角度疊加形成一個(gè)廣義角，以這個(gè)廣義角和擺桿的角速度作為輸入量輸入給角度模糊控制器對(duì)擺桿的角度進(jìn)行控制；通過matlab的Simulikn實(shí)現(xiàn)了倒立擺