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1、江南大學(xué)碩士學(xué)位論文倒立擺的模糊控制研究姓名：翟龍余申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：控制工程指導(dǎo)教師：徐保國;周忠旺20080301摘要’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)的科研成果己經(jīng)應(yīng)用到航天科技和機(jī)器人學(xué)等諸多領(lǐng)域。本文圍繞一級(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Lagr觚ge方程對(duì)倒立擺進(jìn)行數(shù)學(xué)建
2、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Si咖likn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)變量五戈，口，矽，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
3、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Si刪likn實(shí)現(xiàn)了倒立擺模糊控制系統(tǒng)的仿真，仿真結(jié)果證明：模糊控制器不僅可以穩(wěn)定倒立擺系統(tǒng)，還可以使小車定位在特定位置。5)對(duì)于二級(jí)倒立擺采用了分層模糊控制的思想，解決了規(guī)則爆炸問題，仿真結(jié)果顯示對(duì)擺桿的控制效果較好。關(guān)鍵詞：倒立擺模糊控制模糊推理系統(tǒng)仿真AbstractInVerrt
4、edpendul啪systemisat)，picalmultiv撕able，nonline鴆strong．couplingwithf瓠motionandnaturalinstabilitysystem．SotheresearChofinverrtedpendulumhaSmanyimportantreallstlcmeanlngmthe甜eaSsuchas，thewalkingofbipedrobot，thepostureadiustmentinlaunchingproceSsofrocket，andthenyingcontrolofhelico
5、pter．Manycon．elativeproductionshaveapp“cationsinmanyfieldsoftechnologyofspaceflightandsub6ectofrobot．FuzzycontroltheoryisintroducedtostudysimulationandthesimulationandthecontrollingproblemininVertedpendul啪intllisp印er．SuccessofsimulationprovesthatthedesigllednJzzycontrollerhaS
6、Ve巧goodstabili夠Mainresearch、vorkisdeclaredbelow：1)TheNe、Ⅳton’smechanics肌dLagrangeEquationisusedtodrivethemathematicalmodelofinVenedpendulumandthetransferfunctionaSwellaLsthestate．spaceequationofinvenedpendulumisdeduced．2)Takearesearchonmathematical血ndamentandmethodsof如zzycont
7、roltheory：Fuzzysubset，fuzzyrelations，aswdlaSfuzz)，reasoning，otherrelatedl(110wledgeisintroduced．Basedonthat如rtherstudyonthestmctureandcomponentofcontrollerofsingleinvertedpendulumaremadeaJldthepreciseamountofmzzy'thedesignmethodof如zzycontrolalgorithmaJld勉zyoutput11Jlingare．in
8、troduced．3)Thesimulationof如zzycontrolofinvertedpendulumsystem．Itisin
