一阶倒立摆模糊控制方法的研究

摘要

本论文中，以一阶倒立摆系统为研究对象，重点研究了其模糊控制方法，设计出相应的模糊控制器，创建了一个理想的控制理论研究平台。首先，作者对倒立摆系统进行分析建模，推导出非线性数学模型，并且对倒立摆系统的硬件组成做了相应介绍；对倒立摆系统的非线性因素、干扰因素、系统的能控性和稳定性进行了具体分析。其次，在模糊控制理论的基础上，设计出一阶倒立摆系统的模糊控制器。根据以调节摆杆角度为主，然后再进行小车位置控制的原则，联系摆杆角度变化较小、易调节的特点，将摆杆角度用模糊自适应PID控制器控制，小车位移用一个二维的模糊控制器控制。然后，对设计出的模糊控制器利用MATLAB进行仿真试验，调整参数。最后，在原有软件的基础上，用C语言编写出模糊控制器的实现函数，在实际系统中进行调试，验证所研究的控制方法。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1引言

1.2模糊控制的理论基础

1.2.1模糊控制引言

1.2.2模糊控制的引入

1.2.3模糊控制理论发展概况

1.2.4模糊控制的特点

1.2.5模糊控制存在的问题

1.3本论文研究的内容

第2章模糊控制的数学基础和模糊控制原理

2.1模糊逻辑的历史

2.2模糊控制的数学基础

2.2.1模糊集合论

2.2.2模糊关系及其合成

2.2.3模糊逻辑

2.2.4模糊推理

2.3模糊控制原理及模糊控制器

2.3.1模糊控制系统组成

2.3.2模糊控制器设计的基本方法

2.4本章小结

第3章一阶倒立摆系统分析建模

3.1倒立摆系统的基础理论

3.2一阶倒立摆系统简介

3.3一阶倒立摆系统数学模型的建立

3.4倒立摆系统非线性因素分析

3.4.1系统数学模型的非线性

3.4.2摩擦非线性

3.4.3数字量化非线性

3.4.4高阶未建模状态

3.5倒立摆系统的干扰分析

3.5.1摩擦不均匀

3.5.2光电码盘的振动干扰

3.6倒立摆系统能控性和稳定性分析

3.7本章小结

第4章倒立摆模糊控制器设计与仿真

4.1系统仿真技术概述

4.2状态反馈的主要理论

4.2.1状态反馈极点配置设计法介绍

4.2.2倒立摆状态反馈极点配置设计法仿真

4.3基本模糊控制器的设计

4.3.1模糊控制器结构设计

4.3.2语言变量的选取及隶属函数的确定

4.3.3确定控制规则

4.3.4模糊量的去模糊化

4.4模糊自适应整定PID控制器设计

4.4.1模糊自适应控制器简介

4.4.2模糊自适应PID控制器结构

4.4.3模糊自适应PID控制器参数确定

4.5倒立摆模糊控制器的仿真

4.5.1模糊自适应控制器仿真

4.5.2倒立摆模糊控制系统仿真

4.6本章小结

第5章倒立摆模糊控制系统的实现

5.1系统程序

5.2倒立摆系统硬件组成

5.2.1倒立摆系统构成

5.2.2倒立摆系统的硬件介绍

5.3实验过程

5.4模糊控制器的调试

5.5本章小结

结 论

参考文献

附 录:模糊自适应控制器仿真

攻读硕士学位期间发表论文

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致 谢