鄢亮開(kāi)題報(bào)告

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1、遼寧石油化工大學(xué)信息與控制工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告??論文題目：?jiǎn)渭?jí)倒立擺的模糊控制器設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：鄢亮專業(yè)班級(jí)：自動(dòng)化學(xué)號(hào)：0803010410指導(dǎo)教師：吳旭翔?2012年3月1日遼寧石油化工大學(xué)信息與控制工程學(xué)院SchoolofInformationandControlEngineering1．題目的背景和意義倒立擺[1-3系統(tǒng)是研究控制理論的平臺(tái).雖然目前倒立擺的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，但無(wú)論何種結(jié)構(gòu)，就其本身而言都是一個(gè)多變量，強(qiáng)耦合，不穩(wěn)定的非線性系統(tǒng).通過(guò)它能有效地反映控制過(guò)程中諸如可鎮(zhèn)定性、魯棒性、隨動(dòng)性以及跟蹤等多種關(guān)鍵問(wèn)題，是檢

2、驗(yàn)各種控制理論的理想模型.對(duì)倒立擺系統(tǒng)的研究早已引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，是控制領(lǐng)域研究的熱門(mén)課題之一.其控制的最終目的是使倒立擺這樣一個(gè)不穩(wěn)定的被控對(duì)象，通過(guò)引入適當(dāng)?shù)目刂撇呗允蛊湓诔跏紬l件下就成為一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng).同時(shí)實(shí)現(xiàn)倒立擺的精確控制對(duì)工業(yè)復(fù)雜對(duì)象的控制有著不可估量的工程應(yīng)用價(jià)值，其控制方法在軍工、航天、機(jī)器人和一般工業(yè)過(guò)程領(lǐng)域中都有著廣泛的用途，如機(jī)器人行走過(guò)程中的平衡控制、火箭發(fā)射中的垂直度控制和衛(wèi)星飛行中的姿態(tài)控制等.2．題目研究現(xiàn)狀概述《汕頭大學(xué)學(xué)報(bào)》提到《一級(jí)直線倒立擺的控制及實(shí)現(xiàn)》研究一級(jí)直線型倒立擺的起擺、鎮(zhèn)定與跟蹤問(wèn)題.采用基

3、于Lyapunov能量反饋方法和基于精確線性化與LQR(linearquadraticregulator)算法結(jié)合的方法設(shè)計(jì)控制器,提出分階段起擺的控制思想,并將這兩種控制器有效地聯(lián)系起來(lái),最后對(duì)控制器的跟蹤性能作了討論.仿真結(jié)果與上機(jī)實(shí)驗(yàn)表明了方法的有效性和優(yōu)越性.2007年在期刊《微計(jì)算機(jī)信息》中侯濤，牛宏俠，董海鷹提到《單級(jí)倒立擺復(fù)合控制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》。本文針對(duì)LQR控制在單級(jí)倒立擺控制中的不足,設(shè)計(jì)了一個(gè)LQR結(jié)合PID的復(fù)合控制.并在Borlandc語(yǔ)言環(huán)境下編寫(xiě)控制程序,成功實(shí)現(xiàn)倒立擺的控制,其控制效果比單-LQR控制的抗擾能力有明顯提高

4、.楊世勇，徐莉蘋(píng)，王培進(jìn)也提出《單級(jí)倒立擺的PID控制研究》對(duì)單級(jí)倒立擺系統(tǒng)的平衡控制問(wèn)題進(jìn)行了研究,分別采用PD,PI和PID三種方案實(shí)現(xiàn)了單級(jí)倒立擺系統(tǒng)的平衡控制.在《上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)》中楊平，徐春梅，王歡，朱穎，于超針對(duì)單級(jí)倒立擺裝置,設(shè)計(jì)了4種狀態(tài)反饋制方案.通過(guò)仿真試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)證實(shí)所提出的狀態(tài)反饋控制方案都是成功的.分析和對(duì)比結(jié)果表明:基于LQR的反推法和基于主導(dǎo)基點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法都是有效的.2009年在陳華《重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)》的《單級(jí)倒立擺智能控制器的設(shè)計(jì)》中，確定了簡(jiǎn)化的模糊算法.分別采用了2個(gè)控制器并聯(lián)或串聯(lián)的方法對(duì)倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，并

5、在仿真的基礎(chǔ)上對(duì)倒立擺成功進(jìn)行實(shí)時(shí)控制．無(wú)論從仿真還是實(shí)控結(jié)果看，得到的控制結(jié)果都是比較理想的，為以后進(jìn)行二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的實(shí)物控制奠定了理論基礎(chǔ)．2010年的期刊《單級(jí)倒立擺控制方法研究》桑英軍，范媛媛，徐才千在單級(jí)倒立擺系統(tǒng)的平衡控制問(wèn)題中，對(duì)其進(jìn)行數(shù)學(xué)建模并進(jìn)行了能控性分析，采用PID,LQR,模糊變結(jié)構(gòu)3種不同的控制方案.并在Matlab環(huán)境下進(jìn)行仿真，控制效果的實(shí)驗(yàn)對(duì)比證明了3種方案對(duì)系統(tǒng)平衡控制的有效性.同時(shí)也展示了它們的控制品質(zhì)和特性.PID控制簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，LQR控制較PID控制超調(diào)量小，調(diào)節(jié)時(shí)間段，且穩(wěn)定性優(yōu)于PID控制.模糊變結(jié)構(gòu)

6、控制器具有較優(yōu)的魯棒性及瞬態(tài)特性，系統(tǒng)第3頁(yè)遼寧石油化工大學(xué)信息與控制工程學(xué)院SchoolofInformationandControlEngineering受到波動(dòng)和外干擾時(shí)具有不變性，超調(diào)量小.3種控制策略仿真的對(duì)比結(jié)果對(duì)該方向的研究具有理論指導(dǎo)意義.劉濱，穆曉乾在《過(guò)程控制》的《單級(jí)倒立擺的自適應(yīng)模糊控制方法》中，通過(guò)對(duì)倒立擺的擺桿位置和速度的有效控制，使被控系統(tǒng)在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到平衡狀態(tài)，反映了控制系統(tǒng)具有很好的魯棒穩(wěn)定性，能夠滿足系統(tǒng)的控制要求，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的控制目標(biāo).因此，自適應(yīng)模糊控制方法在控制倒立擺這種具有復(fù)雜

7、性、非線性、不穩(wěn)定性的系統(tǒng)方面具有很強(qiáng)的能力.另外，此方法在控制器的設(shè)計(jì)上也更加靈活，尤其是模糊控制器的設(shè)計(jì)，更多考慮系統(tǒng)的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，避免為使系統(tǒng)穩(wěn)定而將控制策略變得冗繁復(fù)雜，使系統(tǒng)具有更好的適應(yīng)性和魯棒性。3．題目要完成的主要內(nèi)容和預(yù)期目標(biāo)?倒立擺是處于倒置不穩(wěn)定狀態(tài)、通過(guò)人為控制使其處于動(dòng)態(tài)平衡的機(jī)電系統(tǒng)。它是一個(gè)復(fù)雜的快速、非線性、多變量、強(qiáng)耦合、自然不穩(wěn)定的非最小相位系統(tǒng)，是重心在上、支點(diǎn)在下一類控制問(wèn)題的抽象。對(duì)倒立擺系統(tǒng)的研究能反映控制中的許多典型問(wèn)題，如非線性問(wèn)題、魯棒性問(wèn)題、鎮(zhèn)定問(wèn)題、隨動(dòng)問(wèn)題以及跟蹤問(wèn)題等。通過(guò)對(duì)倒立擺的控制，用來(lái)

8、檢驗(yàn)新的控制方法是否有較強(qiáng)的處理非線性和不穩(wěn)定性問(wèn)題的能力。針對(duì)多變量、非線性、強(qiáng)耦合性的單級(jí)倒立擺系統(tǒng)的平衡控制問(wèn)題進(jìn)行