MATLAB倒立摆自适应模糊控制系统研究

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摘要：倒立摆因本身是个复杂且不稳定的非线性系统，所以成为工程技术人员从事控制科学研究和试验的常用考察对象。由于倒立摆是个参数变量多、高阶次、耦合性较强的控制系统，采用经典控制理论方法不好获得预想的控制效果，但是模糊控制理论可以解决以上问题，从而满足系统设计的要求。本文利用模糊控制器对倒立摆实施控制，并且还进行了自适应控制器的设计，最后利用MATLAB的Simulink模块进行仿真验证。50541

毕业论文关键词：倒立摆；模糊控制；自适应控制； MATLAB仿真

Research on adaptive fuzzy control system of inverted pendulum

Abstract： The inverted pendulum is a complicated and unstable nonlinear system, so it is a common object to study and control the scientific research and experiment. The inverted pendulum is a multi-variable, high-order, coupling strong control system using classical control theory is not good to get expected control effect. However, fuzzy control theory can solve the above problems, so as to meet the requirements of the system design. In this paper, the fuzzy controller is used to control the inverted pendulum, and the design of the adaptive controller is also carried out. Finally, the Simulink module is used to simulate the control system.

Key words: inverted pendulum fuzzy control adaptive control MATLAB simulation

摘要......1

1.绪论 1

1.1 本设计的目的与意义 1

1.2 倒立摆系统的控制方法 2

1.3 论文的主要工作 3

2.分析与建立倒立摆系统数学模型 3

2.1 一阶倒立摆系统模型 3

2.2 倒立摆的数学模型分析 4

3.模糊控制器的算法建立 6

3.1 模糊控制理论简介 6

3.2 模糊控制器的设计 8

3.2.1 输入模糊化 8

3.2.2 模糊推理机及知识库 8

3.2.3 输出清晰化 10

3.2.4 模糊控制器推理过程 10

3.3 模糊规则和模糊推理 12

3.4 反模糊化 12

4.模糊控制器的建立 13

4.1 确定输入输出变量 13

4.2 设计模糊规则库 15

4.3 模糊控制器的建立与封装 17

4.4 搭建控制系统的仿真模型 19

5.自适应控制 19

5.1 自适应控制概述 19

5.2 自适应模糊控制的特点 20

5.3 自适应控制系统设计 20

6.仿真结果以及分析 21

结语 22

参考文献 22

致谢 24

倒立摆自适应模糊控制系统研究

1. 绪论

1.1 本设计的目的与意义

由于倒立摆具备使用价格低、模型简单、系统结构与参数容易调整的特点，从而成为钻研控制理论的一种常用设备，同时它也成为验证各种控制策略有效性的常用装置。通过试验验证，了解到它可以及时的反映出系统的随动特性、鲁棒特性、可镇定性，成为验证控制科学研究的典型试验装置[1]。时至今日人们通过传统控制基本理论和多种智能化控制手段相结合的方法达到了对倒立摆的稳定性控制。目前国内外对倒立摆的研究取得了很大的成功，已经达到四级甚至多级；并且对倒立摆的研究拥有很多的实用价值，比如：工业机器人的稳定行走平衡问题控制，海上石油钻井平台的稳定性控制，火箭运行姿态的随动控制都与倒立摆的控制具有很强的相似性[2]。