直線一級(jí)倒立擺的起擺及穩(wěn)擺的智能控制.pdf

1、對(duì)于倒立擺系統(tǒng)的控制研究長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為是控制理論及其應(yīng)用領(lǐng)域里引起人們極大興趣的問(wèn)題。倒立擺系統(tǒng)是一個(gè)典型的快速、多變量、非線性、不穩(wěn)定系統(tǒng)。研究倒立擺控制能有效地反映控制中的許多問(wèn)題。倒立擺研究具有重要的理論價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。理論上，它是檢驗(yàn)各種新的控制理論和方法的有效實(shí)驗(yàn)裝置。應(yīng)用上，倒立擺廣泛應(yīng)用于控制理論研究、航空航天控制、機(jī)器人、雜技頂桿表演等領(lǐng)域，在自動(dòng)化領(lǐng)域中具有重要的價(jià)值。另外，由于此裝置成本低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于用模擬、數(shù)

2、字等不同方式控制，在控制理論教學(xué)和科研中也有很多應(yīng)用。 本論文中，以一級(jí)倒立擺為研究對(duì)象，對(duì)它的起擺以及穩(wěn)定控制做了研究。主要研究工作如下： 1．首先介紹了倒立擺系統(tǒng)的組成和控制原理，建立了一級(jí)倒立擺的數(shù)學(xué)模型，對(duì)倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行定性分析，證明倒立擺開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定的，但在平衡點(diǎn)是能控的、能觀的。 2．分析了倒立擺的起擺過(guò)程，對(duì)倒立擺的起擺能量反饋控制進(jìn)行分析與說(shuō)明。 3．設(shè)計(jì)了PID控制器和線性二次型（LQR）

3、最優(yōu)控制器，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真對(duì)比研究，對(duì)不同的輸入響應(yīng)以及不同的初始條件下的響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比仿真，實(shí)驗(yàn)表明PID控制器作為反饋傳遞函數(shù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但控制的效果稍差一些，LQR最優(yōu)控制是一種較成熟的現(xiàn)代控制理論方法，其控制效果較好，可以用在實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合。但被控系統(tǒng)的復(fù)雜性、非線性的增加控制性能會(huì)降低，由此，我們需要研究更有效的控制方法。 4．倒立擺模糊控制算法研究，起擺的模糊控制，穩(wěn)擺運(yùn)用最優(yōu)控制方法設(shè)計(jì)了融合函數(shù)，減少了模糊控

4、制器的輸入變量維數(shù)，成功解決了“規(guī)則爆炸”的問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)以調(diào)節(jié)擺桿角度為主，然后在進(jìn)行小車位置控制的原則，設(shè)計(jì)了模糊PID控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)擺桿角度的控制。以調(diào)節(jié)擺桿角度為主，然后進(jìn)行小車控制，小車位移用一個(gè)二維的模糊控制器控制，同樣可以避免規(guī)則爆炸。 5．對(duì)設(shè)計(jì)的模糊控制器利用MATLAB進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，調(diào)整參數(shù)，得到的仿真結(jié)果表明，控制方案具有良好的控制效果。 6．最后在Simulink Real-Time Wo