倒立摆论文：倒立摆 粒子群 LQR 模糊控制 实时控制【DOC精选】.doc

【关键词】倒立摆 粒子群 LQR 模糊控制 实时控制 【英文关键词】Inverted pendulum PSO LQR Fuzzy control Real-time control 倒立摆论文：基于粒子群优化的二级倒立摆控制研究 【中文摘要】倒立摆系统是一个多变量、强耦合、自然不稳定的高阶非线性系统，研究它的控制设计具有很大的意义。一方面可以反映许多控制理论中的经典问题，如系统鲁棒性问题、镇定问题、跟踪问题；另一方面对于军事工业、航天仪器、机器人领域和一般工业进程也有着很高的理论指导意义，是控制理论与实际应用的桥梁；倒立摆系统作为检验各种控制算法和控制理论的典型实验装置，为检验控制器设计方法的有效性做了重要贡献。本文以直线二级倒立摆系统为研究对象，将粒子群算法应用到传统控制理论和智能控制理论当中，设计了基于粒子群优化的二级倒立摆LQR最优控制器和基于粒子群优化的二级倒立摆模糊控制器，并对倒立摆实物系统进行了实时控制。具体研究内容如下：1）介绍倒立摆系统的和研究现状，运用拉格朗日方程建立二级倒立摆系统的数学机理模型，并在平衡点附近进行线性化处理得到其状态空间方程，运用线性控制理论对其进行定性分析，证明了直线二级倒立摆系统的自然不稳定性和平衡位置附近的能控能观性。2）介绍LQR最优控制和粒子群算法的基本原理。利用粒子群算法所具有的智能式有哪些信誉好的足球投注网站、渐进式优化，快速收敛等特点，获取Q、R的全局最优解，从而设计状态反馈控制律K，实现基于粒子群算法优化的二级倒立摆LQR控制器设计，并仿真验证了控制方法的有效性。3）利用LQR控制器设计的状态反馈控制率K，设计信息融合函数，将系统输入变量降维，然后将粒子群算法的强大优化功能应用到比例因子和加权因子的选取当中，实现了基于粒子群优化的二级倒立摆模糊控制器设计，并通过仿真验证了控制方法的有效性。最后对所设计的两种控制器进行了仿真对比分析，结果表明基于粒子群算法优化的模糊控制器具有更好的稳定性和鲁棒性。4）在MATLAB实验平台上运用所设计两种控制器对二级倒立摆进行实时控制，结果表明两种控制器都能够很好的镇定实物系统，都具有一定的鲁棒性。 【英文摘要】The inverted pendulum system is a multi-variable, strong coupling, natural instability and higher ordernonlinear system. On the one hand, the inverted pendulum system control can reflect classic problems ofcontrol theory, such as the robustness, stabilization and tracking problem. On the other hand, it has a hightheoretical guiding significance for the military industry, aerospace equipment, robotics and general industrialprocesses. Moreover, it sets up a bridge between control theory and practical application. Inverted pendulumsystem is the typical experimental setup for testing various control algorithms and control theory, so it makesan important contribution to the effectiveness of the test controller design method.In this thesis, we have studied the linear double inverted pendulum system. By using the traditionalcontrol theory and the theory of intelligent control with particle swarm optimization (PSO), we haverespectively designed the LQR optimal controller and the fuzzy controller based on particle swarmoptimization for double inverted pendulum. F