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基于模糊控制的两级倒立摆的研究

陶格  
【摘要】:倒立摆系统是公认的自动控制理论的典型实验装置。近年来,许多学者已经应用各种各样的控制方法对倒立摆系统进行广泛地研究。尽管国内外对倒立摆的研究已有显著成果,作者对倒立摆的研究才刚刚起步,需要在学习和总结已有经验的基础上,研究一级、二级倒立摆的控制,以增强我们的控制理论的水平。 本文详细介绍了模糊控制在倒立摆控制系统中的应用。通过LQR最优控制和模糊控制两种控制方式的比较,突出模糊控制在非线性控制系统中应用的优点。论文全面论述了模糊控制系统的设计方法,并通过实验分析影响模糊控制器动态特性的几个因素。作者还分别对基于LQR最优控制和基于模糊控制的倒立摆控制系统进行干扰实验,研究倒立摆系统的抗干扰能力。 论文的第一章简述自动控制理论的发展历史、智能控制理论的基本知识、倒立摆研究工作的意义和现状、以及本课题的主要内容和研究方法。第二章介绍实验所需要的硬件设备和输入输出接口程序。第三章介绍倒立摆控制系统数学模型的建立,为之后的仿真实验做准备。第四章介绍了基于LQR最优调节器在一级、二级倒立摆控制系统中的应用。通过实验可以得出:最优调节器在控制一级倒立摆时能较好地实现摆和小车的控制。而在控制二级倒立摆这样复杂的非线性系统时,简单地应用LQR算法达不到预期的控制效果。第五章首先详细介绍了课题中设计的模糊控制器的基本结构、模糊规则的建立以及设计时应考虑的因素等问题;然后比较了模糊控制器和最优调节器控制一级、二级倒立摆系统的效果,分析了影响模糊控制器动态特性的因素:隶属度函数分辨率的选取、相乘和取小两种聚集方法的选择,并分别对基于最优控制的倒立摆系统和基于模糊控制的倒立摆系统进行了干扰实验,比较了两个系统的抗干扰能力;最后,本章阐述了倒立摆系统实物控制的编程思想。结论部分对本课题的意义、目的和工作内容进行总结。


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