基于模糊邏輯的多級倒立擺控制系統(tǒng)研究.pdf

1、倒立擺系統(tǒng)是一個典型的多變量、非線性、強耦合和快速運動的自然不穩(wěn)定高階系統(tǒng)。實現(xiàn)倒立擺的精確控制對工業(yè)復(fù)雜對象的控制有著不可估量的工程應(yīng)用價值，同時倒立擺的研究在雙足機器人行走、火箭發(fā)射過程的姿態(tài)調(diào)整和直升機飛行控制領(lǐng)域中有重要的現(xiàn)實意義。本文以固高直線倒立擺系統(tǒng)為研究對象，主要采用模糊邏輯控制理論研究了多級倒立擺控制系統(tǒng)的仿真和實物實現(xiàn)問題。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　 ⑴分析了倒立擺系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和運動特性，采用拉格朗日方

2、法和牛頓-歐拉方法分別建立了二級倒立擺和三級倒立擺系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，接著對倒立擺系統(tǒng)進行了定性分析，證明了倒立擺系統(tǒng)的開環(huán)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，但在平衡點附近是完全能控和能觀測的，同時闡明了三級倒立擺的相對能控度比二級小很多，說明其控制難度更大。
　　 ⑵對二級倒立擺，設(shè)計了極點配置反饋控制器和線性二次型最優(yōu)狀態(tài)反饋控制器；闡述了基于系統(tǒng)理想閉環(huán)響應(yīng)曲線法制定模糊控制規(guī)則庫的思想，減少了以往依靠專家經(jīng)驗或熟練操作工人的實際經(jīng)驗制定控制規(guī)

3、則庫帶來的主觀性誤差，在此基礎(chǔ)上獲取了倒立擺模糊控制規(guī)則庫。詳細闡述了二級倒立擺系統(tǒng)的基于狀態(tài)變量合成的模糊控制器和狀態(tài)變量分層模糊控制器的設(shè)計思想和設(shè)計方法，并給出了其在Matlab/Simulink環(huán)境下仿真結(jié)果及分析，討論了量化因子比例因子對控制性能的影響。
　　 ⑶對三級倒立擺，設(shè)計了線性二次型最優(yōu)狀態(tài)反饋控制器；對變論域模糊控制器的控制實質(zhì)進行了深入分析，通過線性和非線性被控對象對其控制性能進行了研究。給出了基于輸入變

4、量加權(quán)調(diào)整的變論域模糊控制算法，詳細闡述了輸入變量加權(quán)調(diào)整的思想，設(shè)計了基于模糊推理器的加權(quán)伸縮因子，同時根據(jù)理想閉環(huán)曲線構(gòu)造了輸出調(diào)整因子，在此之后于Matlab/Simulink環(huán)境下研究了所設(shè)計的基于輸入變量加權(quán)的變論域模糊控制器的控制效果和抗干擾能力，并對相關(guān)控制算法進行了對比分析。
　　 ⑷分析了固高直線倒立擺實物控制的硬件和軟件系統(tǒng)組成、控制機理和信號流程，編制了二級直線倒立擺的模糊控制程序代碼，通過實物實驗獲得了二