一種改進(jìn)的T-S型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制在平面一級(jí)倒立擺中的應(yīng)用.pdf

1、倒立擺屬于多變量、非線性、不穩(wěn)定、強(qiáng)耦合的快速系統(tǒng)，是一個(gè)多用途的綜合性實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)它的研究可歸結(jié)為對(duì)多變量非線性系統(tǒng)的研究，其控制方法和思路對(duì)處理一般工業(yè)過程具有普遍的指導(dǎo)意義。隨著智能控制的發(fā)展，新的控制方法不斷出現(xiàn)，人們?cè)噲D通過倒立擺這樣一個(gè)嚴(yán)格的控制對(duì)象，檢驗(yàn)新的控制方法的有效性。因此，倒立擺系統(tǒng)作為控制領(lǐng)域具有代表性的和復(fù)雜性的研究對(duì)象，對(duì)它的研究具有深遠(yuǎn)的理論價(jià)值和重要的工程背景和實(shí)際意義。 另外從控制理論和控制工程

2、的意義上講，相對(duì)于直線倒立擺系統(tǒng)，平面運(yùn)動(dòng)倒立擺系統(tǒng)其變量、非線性程度及不穩(wěn)定性成倍地增加，導(dǎo)致其控制的實(shí)現(xiàn)要比直線運(yùn)動(dòng)倒立擺系統(tǒng)控制的實(shí)現(xiàn)困難得多。 本文首先綜述了倒立擺系統(tǒng)控制研究工作的背景及其科學(xué)意義，對(duì)倒立擺系統(tǒng)作了簡(jiǎn)要介紹，并詳細(xì)討論了倒立擺的國內(nèi)外研究狀況以及其智能控制的發(fā)展趨勢(shì)。 其次介紹了固高GPIP2001型平面一級(jí)倒立擺系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)，從便于建模的Lagarange方程角度，詳細(xì)推導(dǎo)了該平面一級(jí)倒立擺

3、的數(shù)學(xué)模型，整個(gè)推導(dǎo)過程簡(jiǎn)潔明了，避開了牛頓力學(xué)中一些煩瑣的內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)代控制理論的LQR算法，對(duì)平面一級(jí)倒立擺的線性化模型進(jìn)行了控制，取得了較為滿意的控制效果。 最后，本文在仔細(xì)分析倒立擺現(xiàn)有智能控制方案，掌握模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的情況下，針對(duì)T-S型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)固定不變，規(guī)則庫無法精練，當(dāng)輸入變量維數(shù)大、模糊分割細(xì)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會(huì)很龐大，導(dǎo)致存儲(chǔ)空間太大，學(xué)習(xí)和控制的速度降低等缺陷，在對(duì)平面倒立

4、擺的控制機(jī)理和系統(tǒng)特性分析的基礎(chǔ)上，理論聯(lián)系實(shí)際，將一種改進(jìn)的Takagi-Sugeno型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于平面一級(jí)倒立擺的并行控制，其基本思想是：分別對(duì)倒立擺的x方向和y方向設(shè)立模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，該控制器用模糊語言描述系統(tǒng)，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化參數(shù)，通過對(duì)初始學(xué)習(xí)后的后件參數(shù)設(shè)定閾值來調(diào)整網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)，達(dá)到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的目的，接著對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行二次學(xué)習(xí)，精練控制規(guī)則，調(diào)整各變量的隸屬函數(shù)，使控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。 對(duì)一級(jí)平面擺的控