论文题目: 倒立摆系统模糊控制算法研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 机械电子工程
作者: 洪旭
导师: 过润秋
关键词: 倒立摆,模糊控制,融合函数,量化因子,计算机控制
文献来源: 西安电子科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 倒立摆系统是一个典型的多变量、非线性、强耦合和快速运动的自然不稳定系统。因此倒立摆在研究双足机器人直立行走、火箭发射过程的姿态调整和直升机飞行控制领域中有重要的现实意义，相关的科研成果已经应用到航天科技和机器人学等诸多领域。本文围绕一级倒立摆系统和二级倒立摆系统，采用模糊控制理论研究了倒立摆的控制系统仿真和实物系统控制问题。实物控制的成功进一步证明了本文设计的模糊控制器有很好的稳定性、鲁棒性和适应性。主要研究工作如下：1． 建立了一级、二级倒立摆系统的数学模型，对倒立摆系统进行定性分析。证明了倒立摆系统开环是不稳定的，但在平衡点是能控的和能观的，同时指出二级倒立摆的相对能控度比一级倒立摆小很多，说明其更难控制。2． 倒立摆系统的模糊控制算法研究。运用最优控制方法设计了融合函数，减少模糊控制器的输入变量维数，成功解决了“规则爆炸”问题。研究了量化因子对控制效果的影响，通过设置阈值使量化因子可以自动切换，进而提升了模糊控制器的性能品质。3． 介绍了如何利用Simulink5． 0建立倒立摆系统模型，特别是利用Mask封装功能，使模型更具灵活性，给仿真带来很大方便。实现了倒立摆模糊控制系统的仿真。仿真结果证明：模糊控制器不仅可以稳定倒立摆系统，还可以使小车定位在特定位置。4． 利用Borland C++编写模糊控制算法程序，实现了倒立摆实物系统控制。给出了一级、二级倒立摆稳定时和受干扰时各状态变量的响应曲线和控制量曲线以及倒立摆稳定时的照片。
论文目录:
第一章 绪论
1．1 研究意义和目的
1．2 国内外研究情况简介
1．2．1 研究使倒立摆稳定的控制器
1．2．2 倒立摆自起摆
1．3 论文主要工作
第二章 倒立摆系统建模和定性分析
2．1 倒立摆系统特性分析
2．2 一级倒立摆系统数学模型
2．3 二级倒立摆系统数学模型
2．3．1 二级倒立摆系统结构
2．3．2 二级倒立摆系统的微分方程
2．3．3 微分方程线性化及状态方程
2．4 倒立摆系统的定性分析
2．4．1 相关定理简介
2．4．2 一级倒立摆系统定性分析
2．4．3 二级倒立摆系统定性分析
2．5 本章小结
第三章 倒立摆的模糊控制方法研究
3．1 模糊控制理论简介
3．1．1 模糊控制系统组成
3．1．2 模糊控制器设计的基本方法
3．2 倒立摆的模糊控制方法简介
3．3 融合技术和融合函数
3．3．1 融合技术
3．3．2 融合函数设计
3．4 模糊控制器设计
3．4．1 隶属度函数
3．4．2 模糊规则
3．4．3 非模糊化
3．5 量化因子比例因子对模糊控制器性能的影响
3．5．1 量化因子和比例因子
3．5．2 对倒立摆系统模糊控制的影响
3．6 本章小结
第四章 倒立摆系统的仿真研究
4．1 一级倒立摆模糊控制系统仿真
4．1．1 一级倒立摆系统模块仿真
4．1．2 一级倒立摆模糊控制系统仿真
4．1．3 仿真结果分析
4．2 二级倒立摆模糊控制系统仿真
4．2．1 二级倒立摆系统模块仿真
4．2．2 二级倒立摆模糊控制系统仿真
4．2．3 仿真结果分析
4．3 本章小结
第五章 倒立摆实物系统的模糊控制
5．1 倒立摆实物控制系统简介
5．2 控制策略的软件实现
5．2．1 倒立摆实物的控制策略
5．2．2 控制程序编程
5．2．2 模糊控制算法编程
5．3 实时控制实验结果
5．3．1 一级倒立摆实验结果
5．3．2 二级倒立摆实验结果
5．4 本章小结
第六章 总结与展望
致谢
参考文摘
作者在读期间的研究成果
发布时间: 2005-04-26
参考文献
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