倒立摆模糊的控制系统设计与实现.doc

本科毕业设计（论文） 题目：（中文）倒立摆模糊控制系统设计与实现 （英文）design and implementation of fuzzy controller for Inverted pendulum 摘要 【摘要】倒立摆是一个高阶次，不稳定，多变量，非线性，强藕合系统。本文主要研究模糊控制方法，首先通过牛顿力学法建立了倒立摆的数学模型，在此基础上分析倒立摆系统的不稳定性，利用专家经验数据设计了基于T-S模型的模糊控制器，在系统稳定的基础上，用Matlab进行倒立摆的仿真实验。最后，在Matlab/Simulink平台上建立倒立摆模糊实时控制模块，从而验证了本文设计的模糊控制器有很好的稳定性。 【关键词】倒立摆系统；模糊控制；仿真。 Design and implementation of fuzzy controller for Inverted pendulum Abstract 【ABSTRACT】Inverted pendulum is a high order, unstable, multivariable, nonlinear, strong coupling system. This paper mainly studies the fuzzy control method, first by Newtonian mechanics method to establish the mathematical model of the inverted pendulum, on the basis of analysis of inverted pendulum system instability, utilizing expert experience data design based on T-S model fuzzy controller, in the basis of system stability, using Matlab for inverted pendulum simulation experiment. Finally, in the Matlab / Simulink platform based inverted pendulum fuzzy real time control module, which proves the design of the fuzzy controller has good stability 【KEYWORDS】 inverted pendulum；fuzzy control； simulation。 1 引言 1 1.1 倒立摆研究背景 1 1.2 国内外研究情况 3 1.2.1 倒立摆稳定控制 3 1.2.2 倒立摆自起摆 4 1.3 论文的主要内容 4 2 数学模型的建立和分析 5 2.1 倒立摆的数学模型 5 2.1.1 数学建模的方法 5 2.1.2 牛顿学方程的建立 5 2.3 本章小结 12 3 一级倒立摆T—S模糊控制器的设计 13 3.1一级倒立摆模糊控制器的设计 13 3.2T—S模糊控制器的形式 13 3.3输入变量模糊化 14 3.4模糊控制规则的确定 15 4 倒立摆实时控制实验 17 4.1 倒立摆实时实验系统简介 17 4.2 倒立摆模糊控制实验 17 4.2.1仿真实验 17 4.3倒立摆实物模糊控制实验 20 4.4仿真研究与结果分析 21 4.5本章小结 22 5 总结 22 参考文献 24 致谢 25 引言 简单介绍倒立摆的研究背景及介绍国内外对倒立摆系统的研究情况。最后简要介绍了本论文主要内容。 倒立摆研究背景 随着科学技术的高速发展，控制工程技术所遇到的的新的问题也越来越多，越来越复杂。许多系统具有非线性、不确定性、多变量等特点。然而倒立摆就是这样的一个基于上述描述特点的一个复杂系统，所以对它的研究具有非常重要的实际意义。倒立摆系统开始于火箭发射器，麻省理工学院的科学家利用火箭发射器的设计原理，从而设计出倒立摆的实验设备。倒立摆广泛应用于控制理论、航空航天、杂技顶杆等科学领域的研究，具有十分重要的理论价值和实践意义，并且对研究控制理具有十分重要的意义。 倒立摆与自动控制化研究是紧密相关[2],随着控制理论的逐步发展，自动控制理论是否具有正确性和在实际应用过程中的是否具有可行性，这不仅需要通过仿真实验来验证，更加需要通过理论设计的控制器去控制对象从而来验证上述结论的正确性。倒立摆就是最典型的的被控制对象。其作为一个典型的实验装置，它的结构简单，成本比较低廉，可以根据需要任意设置不同的参数等优点。当我们通过改变小车的位移、摆杆的角度等物理量时，其控制效果的好与坏就非常清