模糊控制在直线二级倒立摆中的应用
倒立摆系统是一个对准确性以及速度要求很高而且又高度复杂的非线性系统,不稳定是其最明显的特征,早在上世纪50年代,学术界就开始了对倒立摆系统各种控制方案的研究。“倒立摆的分析,设计与实现”是 MATLAB函数与 SIMULINK模型的集合,对分析倒立摆系统和设计控制系统具有很大的意义,它的概念一经提出便成了众多学者们青睐的研究项目之一。 本文是在对倒立摆众多主要研究意义和背景的前提下提出的,并在综合大量资料的基础上对倒立摆的研究历史和国际现状作了介绍和总结。给出了不同类型倒立摆的简图,并简单介绍了各种控制方法,结合目前现状主要深入研究和讨论了模糊控制方案,并对需要的模糊知识进行了梗概和说明。本文对实际二级倒立摆系统做必要的因素忽略和假设,建立了物理模型,然后结合物理知识对系统动能和势能进行分析,将得出的参数方程作为Lagrange算子,并利用Lagrange方程进行推导和运算,其中结合了物理和数学方面的知识。在得到状态方程后主要分析了该模型的各种性能,包括能控、能观以及稳定性。 鉴于二级倒立摆具有多变量的特性,模糊控制器在设计时模糊规则较多等原因,本文应用了融合函数技术将多维输入变量降阶次,根据模糊控制的整个步骤结合融合算法设计出控制方案。在对规则进行推理和运算后,绘制出降阶次后的变量的隶属函数图形,通过选择重心法得出控制变量。最后在 MATLAB软件中对该系统制得 SIMULINK结构图,进行相应的编程,多次运行后得出模拟仿真图形,通过观察响应速度等讨论模拟仿真的效果,编译后用固高公司提供的二级倒立摆设备进行实物控制操作和仿真,多次进行实验后得出了二级倒立摆模糊控制策略的仿真波形图。为更好的实现和验证模糊控制器对二级倒立摆的平衡控制,在实物运行以后给定干扰,观察波形图和响应结果,得到了较好的响应速度和稳定性。
倒立摆系统;模糊控制;仿真验证;物理模型
曲阜师范大学
硕士
系统分析与集成
王强德
2012
中文
TP273.4
53
2012-11-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）