倒立摆系统稳定控制的研究

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1、倒立摆系统的稳定控制研究摘要倒立摆是一个典型的快速、多变量、非线性、绝对不稳定系统，对倒立摆系统的稳定性研究在理论上和方法上具有深远的意义。对倒立摆的研究可以归结为对非线性、多变量、不稳定系统的研究。在应用上，倒立摆广泛应用于控制理论研究、航空航天控制、机器人等领域，在自动化领域中具有重要的价值。另外，由于此装置成本低廉，结构简单，便于用模拟、数字等不同方式控制，在控制理论教学和科研中也有很多应用。本文首先叙述了对倒立摆系统稳定性研究的意义，综述了倒立摆的研究现状，并介绍了当前已有的稳定倒立摆的各种控制方法。其次，在模糊控制理论的基础上，设计出一阶倒立摆系统的模糊控制器。根据以调节摆杆

2、角度为主，然后再进行小车位置控制的原则，联系摆杆角度变化较小、易调节的特点，将摆杆角度用模糊控制器控制。然后，对设计出的模糊控制器利用MATLAB进行仿真试验，调整参数，得到的仿真结果表明，这种控制方案可以取得良好的控制效果。关键词：倒立摆；非线性；模糊控制；模糊逻辑控制器；智能控制；仿真ResearchonstabilitycontrolofInvertedPendulumSystemAbstractInvertedpendulumisatypicalmodelofmulti．variable，nonlinear，essentiallVunsteadysystem，andresear

3、chingstabilityofinvertedpendulumsystemhastheprofoundmeaningintheoryandmethodology．Theresearchoninvertedpendulumcanbedivertedtotheresearchonnonlinear，multi．variableandunsteadysvstern．Andinapplicationmanyequipmentssuchasaviation，robotscannotdowithoutit．Theinvertedpendulumplantisincommonuseincontro

4、ltheoryteachingandresearchasitISalsoSOcheapandeasytoget．Soitisamusingvaluableforaseniorstudenttodoresearchonthissubject．Inthisdissertation，firstofall，analyzethemeaningofresearchingtheinvertedpendulumsystem，giveasummaryontheresearchactualityofinvertedpendulum．andintroducemanycontrolwaysonmakingin

5、vertedpendulumsystemsteady．Second，afuzzycontrolleroftheinvertedpendulumisdesignedbased0nfllzzvcontroltheory．Inaccordedwithprinciplethatfirstcontrolpendulumangleandsecondcontrolcartdisplacement，andbyvirtueofsmallvariationandeasyadj：ustedofpendulumangle，wedecidethatthefuzzyselfadaptingcontrolleris

6、usedtocontrolpendulumangle．Andthen，weinvertedpendulumfuzzycontrolsystem．controlmethodhasgoodcontrolability．useMATLABsoftwaretosimulatetheTheresultsofsimulationindicatethattheKeywords：invertedpendulum；nonlinear；fuzzycontrol；fuzzylogiccontrol；Intelligentcontrol；simulation插图清单图1—1单级车型倒立摆示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

7、⋯⋯⋯⋯⋯．．4图1—2二级环型倒立摆物理模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4图2—1单级倒立摆系统的组成框图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8图2--2一级倒立摆小车摆杆位置图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11图2—3小车受力分析图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11图2—4摆杆受力分析图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1l图3--1基本的隶属函数图形⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯22图3—2直线形隶属函数图形⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯22图3—3高斯分布⋯