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毕业论文-二级倒立摆应用模糊控制的初探,共48页,17411字,附代码
本文主要工作
本文的主要工作是研究了直线二级倒立摆系统的智能模糊控制问题,本文后面提到的倒立摆都指直线二级倒立摆。文中运用Matlab和Simuilnk仿真工具对二级倒立摆系统建模并对二级倒立摆的LQR控制进行了仿真,设计了智能模糊控制系统并进行了控制仿真。具体内容如下:
(l)阐述了对倒立摆系统稳定性研究的意义,总结了当前己有的稳定倒立摆的各种方法。
(2)根据二级倒立摆实物,详细论述了二级倒立摆的数学建模方法,推导出微分方程以及线性化后的状态方程,并且分析了倒立摆系统的可控性、可观性。
(3)讨论了二级倒立摆系统的智能控制方法。对于二级倒立摆,通过融合函数降低输入变量维数,解决了“模糊规则爆炸”问题,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,提升了模糊控制器的性能。并用 Matlab软件进行了仿真,仿真结果显示出该控制方法可以对二级倒立摆系统进行很好的控制,具有很好的鲁棒性。
(5)对论文的工作进行总结。
【摘要】 倒立摆为典型的快速、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和方法上均具有深远意义。它不但是验证现代控制理论方法的典型实验装置,而且其控制方法和思路对处理一般工业过程亦有广泛的用途。
本文首先分析和综述了近年来国内外二级倒立摆系统控制的新理论和新方法,如模糊控制、神经网络控制、混合控制等。其次推导了二级倒立摆系统的数学模型,分析了系统的稳定性、能控性和能观性,并在此基础上给出了线性最优控制器的设计,实现了运用现代控制理论对二级倒立摆的控制。但是二级倒立摆系统抗干扰能力较差,鲁棒性较弱,所以本文运用模糊控制方法对二级倒立摆进行控制,引入了综合误差和综合误差率的概念,减少了模糊控制器的输入变量个数,从而简化了模糊控制器的控制规则,使控制器的控制规则更简单、有效。最后通过对二级倒立摆系统的仿真,验证了模糊控制器具有抗干扰能力较强,鲁棒性较好的特点。
【关键词】二级倒立摆;模糊控制;仿真
目 录
摘 要 II
Abstract III
目 录 IV
1 绪论 1
1.1 对倒立摆系统稳定性研究的目的及意义 1
1.2 倒立摆系统的研究方法 1
1.2.1 倒立摆系统的线性理论控制方法 1
1.2.2 倒立摆系统的智能控制方法 2
1.3 本文主要工作 3
2 倒立摆系统建模和定性分析 5
2.1 倒立摆系统特性分析 5
2.2 二级倒立摆系统数学模型 6
2.2.1 二级倒立摆系统建模 6
2.2.2 状态方程的线性化处理 9
2.3 倒立摆系统的定性分析 10
2.3.1 相关定理简介 10
2.3.2 二级倒立摆系统定性分析 11
2.4 本章小结 12
3 倒立摆模糊控制方法研究 13
3.1 模糊控制系统的工作原理 13
3.2 模糊控制器设计的基本方法 14
3.2.1 模糊控制器的结构设计 15
3.2.2 论域、量化因子和比例因子的选择 16
3.2.3 模糊控制查询表及控制算法流程图 17
3.3 倒立摆的模糊控制方法简介 19
3.4 模糊控制器设计 19
3.4.1 隶属度函数 20
3.4.2 非模糊化 20
3.5 量化因子比例因子对模糊控制器性能的影响 21
3.6 本章小结 22
4 倒立摆系统的仿真研究 23
4.1 二级倒立摆系统的模糊控制仿真 23
4.1.1 S-函数工作原理 23
4.1.2 S-function相关概念 25
4.1.3 二级倒立摆仿真 25
4.1.4 模糊控制器鲁棒性研究 33
4.1.5 仿真效果的总结 34
4.2 本章小结 34
5 结论 35
参考文献 36
致谢 38
附录 39