模糊控制理论在两轮移动式倒立摆中的应用及实现

摘要

倒立摆是一个非线性的、不稳定的系统。为了达到摆杆平衡的目的，可以用各种控制算法对倒立摆进行控制，因此倒立摆成为验证各种控制方法和控制理论教学的理想实验平台。两轮移动式倒立摆是建立在倒立摆基础上，比常规倒立摆复杂。两轮移动式倒立摆是三个自由度的、多变量的、强耦合和非线性的自然不稳定系统。模糊控制在处理非线性、时变对象、未知对象模型等较复杂系统时可以获得较好的控制效果。两轮移动式倒立摆精确的数学模型是经过线性化处理的，随着摆杆的摆动，其数学模型也在变化，可以用模糊控制实现对倒立摆的控制。本文研究的成果是为两轮移动式倒立摆的研究提供了仿真平台，提出了一种对两轮移动式倒立摆有效的模糊控制方法。
　　 本文主要研究内容包括：
　　 1、应用牛顿力学原理对斜面上行走的两轮移动式倒立摆进行分析，建立了两轮移动式倒立摆的数学模型，并将原系统解耦分解成两个独立的子系统。
　　 2、在MATLAB的Simulink环境中，建立了两轮移动式倒立摆的数学模型，为研究两轮移动式倒立摆提供了仿真平台。
　　 3、机械结构方面，采购了一对电机，两个光电码盘，一个陀螺仪，一个倾角传感器，两个电动车车轮，两块铁锂电池，做了两轮移动式倒立摆的箱体和摆杆。
　　 4、硬件方面，以TMS320LF2407A为核心控制芯片，实现对系统内各种传感器信号的采集与处理，控制算法的实现。在已有电路板的基础上对底层驱动板做了改进，对电路结构进行了调整。
　　 5、软件方面，由状态反馈极点配置控制原理和常规模糊控制原理编写了两套程序。在MATLAB的 Simulink的环境中，对两种控制器进行仿真，并进行了实践验证。
　　 6、在状态反馈极点配置控制和常规模糊控制的基础上，本文提出了两轮移动式倒立摆的开关切换模糊极点配置控制思想。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第一章 绪论

第二章 系统总体结构及软硬件设计

第三章 两轮移动式倒立摆数学模型的建立

第四章 两轮移动式倒立摆极点配置控制器设计

第五章 两轮移动式倒立摆模糊控制器设计

第六章 开关切换模糊极点配置控制器

第七章 总结与展望

参考文献

附录

硕士期间发表论文及参与项目

致谢