自适应模糊控制算法研究及其实现

论文摘要

随着现代科学技术的迅速发展,生产系统的规模越来越大,形成了复杂的大系统,导致了控制对象、控制器以及控制任务和目的的日益复杂化,传统的线性和一般的非线性控制方法已不适应于复杂系统的控制。为了解决这一问题,结合传统的模糊控制和自适应控制的优点,本课题研究了自适应模糊控制方法,并且设计了基于ARM的两轴运动控制卡来实现所设计的控制算法对一级倒立摆实物装置的控制。本课题深入研究了自适应模糊控制方法的基本原理和分类,选择所要研究的自适应模糊系统类型。在此基础上,针对不确定非线性SISO系统设计了具有H∞跟踪性能的间接和直接自适应模糊控制方法,并在Matlab/Simulink下对两种控制方法进行了仿真验证。实验结果表明,两种控制方法均能够有效的抑制模糊逼近误差和外部扰动对跟踪误差的影响,取得良好的动态跟踪性能。通过对一级倒立摆系统零动态分析,设计了基于模糊扰动观测器(Fuzzy Disturbance Observer,简称FDO)的自适应模糊控制器,并设计对比仿真实验验证其控制效果。实验结果表明该算法不但能够实现一级倒立摆的平衡控制,而且能够有效的抑制系统内部不确定性和外部扰动。为了完善倒立摆实物实验平台,设计了基于ARM的开放式、模块化两轴运动控制卡,并通过实物实验来验证所设计的基于FDO的自适应模糊控制方法的性能。实验结果表明运动控制卡能够满足倒立摆实物平台要求,所设计的基于FDO自适应模糊控制方法较好地完成了倒立摆平衡控制,具有良好的控制性能和很强的鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 自适应模糊控制方法的国外研究现状
• 1.2.1 自适应模糊控制方法国外研究现状
• 1.2.2 自适应模糊控制方法国内研究现状
• 1.3 嵌入式控制系统发展现状
• 1.4 本课题主要研究的内容
• 第2章 自适应模糊控制基本原理
• 2.1 模糊控制基本原理
• 2.1.1 模糊控制基本原理
• 2.1.2 三种常见的模糊逻辑系统
• 2.1.3 模糊逻辑系统的万能逼近特性
• 2.2 自适应模糊控制基本原理
• 2.2.1 自适应模糊控制基本原理
• 2.2.2 自适应模糊控制分类
• 2.3 本章小结
• 第3章 自适应模糊控制器设计及仿真实验
• 3.1 问题阐述
• 3.2 基于H∞跟踪性能的间接自适应模糊控制算法研究
• 3.2.1 控制器设计及理论分析
• 3.2.2 仿真实验
• 3.3 基于H∞跟踪性能的直接自适应模糊控制器设计
• 3.3.1 控制器设计及理论分析
• 3.3.2 仿真实验
• 3.4 倒立摆系统的自适应模糊控制研究
• 3.4.1 一级倒立摆系统零动态分析
• 3.4.2 基于FBL 的控制器设计
• 3.4.3 基于FDO 的自适应模糊控制器设计
• 3.4.4 仿真实验
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于ARM 的两轴运动控制卡设计
• 4.1 运动控制平台介绍
• 4.2 运动控制卡功能
• 4.3 运动控制卡结构
• 4.4 运动控制卡功能单元电路设计
• 4.4.1 A/D 转换及电压平移电路设计
• 4.4.2 D/A 转换及电压平移电路设计
• 4.4.3 数字量输入电路设计
• 4.4.4 数字量输出电路设计
• 4.4.5 码盘输出信号接收电路设计
• 4.4.6 .正交信号鉴相计数电路设计
• 4.4.7 基于ARM 的微控制器板硬件电路设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 倒立摆系统实物实验
• 5.1 ARM 系统集成开发环境
• 5.1.1 ADS 集成开发环境简介
• 5.1.2 基于JTAG 的调试方法
• 5.2 系统程序设计
• 5.2.1 主程序设计
• 5.2.2 中断程序设计
• 5.3 系统实验结果
• 5.4 系统存在的问题及改进措施
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢