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基于倒立摆系统的模糊控制算法研究

作　者: 王旭东
导　师: 过润秋
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 二级倒立摆最优控制模糊控制
分类号: TP273.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

倒立摆是一个典型的多变量、非线性、强耦合的自然不稳定系统。本文以二级倒立摆模型为研究对象。本文阐述了倒立摆系统控制算法的研究发展过程和现状，采用拉格朗日方程推导数学模型，并对系统的可控性可观性以及控制的难易程度进行了分析。本文主要研究倒立摆系统的现代控制方法以及智能控制方法，用LQR最优控制方法、模糊控制理论设计了控制器。具体内容有以下几点：第一，运用LQR最优控制方法设计融合函数减少模糊控制器的输入变量维数，成功解决了信息爆炸问题，利用利用专家知识设计Mamdani型模糊控制器的隶属度函数和模糊规则,通过MATLAB及SIMULINK仿真两个控制器，分析并指出两种方法的优缺点，仿真结果表明：智能控制策略不仅能满足非线性系统的控制要求，而且能明显改善控制指标，整个系统具有更好的动态特性。第二，利用阙值函数改变量化因子和比例因子，提高了控制精度。第三，设计了两种形式的论域伸缩因子，实现了变论域模糊控制，取得了较好的仿真控制效果。第四，设计了一种并联的模糊控制器，增强对小车位移的控制。第五，设计了一种新型的、更为简单的模糊控制器，达到了与mamdani型模糊控制器一致的控制效果。最后，结论部分对本课题的意义、目的和工作内容进行总结。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-15
  1.1 倒立摆系统简介  7-9
  1.2 倒立摆系统的控制算法  9-11
  1.3 倒立摆研究发展现状  11-13
  1.4 小结  13-15
第二章倒立摆系统建模  15-19
  2.1 二级倒立摆系统的结构及工作原理  15-16
  2.2 二级倒立摆系统建模  16-17
  2.3 小结  17-19
第三章二级倒立摆最优控制器设计  19-31
  3.1 最优控制简介  19-20
  3.2 二级倒立摆系统性能分析  20-23
    3.2.1 稳定性分析  21
    3.2.2 能控性能观性分析  21-23
  3.3 线性二次型最优调节器原理  23-25
  3.4 二级倒立摆 LQR 控制仿真  25-28
  3.5 二级倒立摆 LQR 实时控制  28-30
  3.6 小结  30-31
第四章模糊控制器设计  31-43
  4.1 模糊控制理论的基本知识  31-39
    4.1.1 模糊控制概况  31-32
    4.1.2 模糊集合  32-34
    4.1.3 知识库  34
    4.1.4 模糊化  34-35
    4.1.5 模糊推理  35-37
    4.1.6 精确化（反模糊化）  37-39
  4.2 模糊控制器设计的步骤与原则  39-41
  4.3 小结  41-43
第五章二级倒立摆系统模糊控制器设计  43-71
  5.1 倒立摆模糊控制的基本思想  43
  5.2 基于变量融合的模糊控制器设计  43-49
  5.3 量化因子和比例因子  49-51
  5.4 基于变量融合的模糊控制器仿真  51-69
    5.4.1 常规模糊控制器仿真  51-54
    5.4.2 可变量化因子、比例因子模糊控制器仿真  54-56
    5.4.3 变论域模糊控制器  56-61
    5.4.4 并联 Mamdani 型模糊控制器  61-63
    5.4.5 一种线性模糊控制器  63-66
    5.4.6 T-s 型模糊控制器  66-69
  5.5 小结  69-71
第六章总结与展望  71-73
致谢  73-75
参考文献  75-78

基于倒立摆系统的模糊控制算法研究

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