基于t-s模糊模型的倒立擺智能控制及仿真研究畢業(yè)設(shè)計(jì)(已修改)
2025-07-04 17:29 本頁(yè)面
【正文】 南 京 理 工 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)作 者:楊鵬學(xué) 號(hào)：0810190242學(xué)院(系):自動(dòng)化專(zhuān) 業(yè):電氣工程及其自動(dòng)化題 目:基于TS模糊模型的倒立擺智能控制及仿真研究 教授 周川指導(dǎo)者： 評(píng)閱者： 2011年6月畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）中文摘要倒立擺系統(tǒng)是一個(gè)典型的多變量、非線性、強(qiáng)耦合和快速運(yùn)動(dòng)的自然不穩(wěn)定系統(tǒng)，因此倒立擺在研究雙足機(jī)器人、火箭發(fā)射過(guò)程的姿態(tài)調(diào)整和直升機(jī)飛行控制領(lǐng)域中有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文圍繞著一級(jí)倒立擺系統(tǒng)，采用PID、LQR、極點(diǎn)配置法以及fuzzy等控制方法對(duì)倒立擺進(jìn)行控制模擬以及系統(tǒng)仿真，運(yùn)用牛頓力學(xué)和Lagrange方程對(duì)倒立擺進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，推導(dǎo)出倒立擺系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和狀態(tài)空間方程，同時(shí)運(yùn)用matlab simulink環(huán)境建立各種控制的倒立擺系統(tǒng)模型，進(jìn)行一級(jí)倒立擺系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)以及仿真。關(guān)鍵詞：倒立擺 控制器 PID控制 matlab simulink 仿真畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）外文摘要Title A fuzzy PID controller for nonlinearand uncertain systemsAbstractIn order to systems that contain nonlinearities or uncertainties, control strategies must deal with the effects of these. Since most control methods based on mathematical models have been mainly focused on stability robustness against nonlinearities or uncertainties, they are limited in their ability to improve the transient response. In this paper, a nonlinear fuzzy PID control method is suggested, which can stably improve the transient responses of systems disturbed by nonlinearities or unknown mathematical characteristics. Although the derivation of the control law is based on design procedure for general fuzzy logic controllers, the resultant control algorithm has analytical form with varying PID gains rather than linguistic form. This means the implementation of the proposed method can be easily and effectively applied to realtime control situations. Control simulations are carried out to evaluate the transient performance of the suggested method through example systems, by paring its responses with those of the nonlinear fuzzy PI control method developed in.Key words: nonlinear and uncertain systems fuzzy logic controller fuzzy PID control time varying PID gains.目錄1 引言………………………………………………………………………… 1 問(wèn)題的提出及研究意義……………………………………………………………… 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀…………………………………………………………………… 2 課題中面臨的問(wèn)題以及工作重點(diǎn)…………………………………………………… 42. 倒立擺系統(tǒng)………………………………………………………………………………6 單級(jí)倒立擺的數(shù)學(xué)模型………………………………………………………… 6 系統(tǒng)和傳遞函數(shù)的推導(dǎo)…………………………………………………………… 83 現(xiàn)代控制理論在倒立擺平臺(tái)上的應(yīng)………………………………………………… 10 基于倒立擺的PID控制器設(shè)計(jì)分析………………………………………………… 10 現(xiàn)代控制理論在倒立擺平臺(tái)上的應(yīng)用……………………………………………… 12 基于Segeno模糊建模及控制器的設(shè)計(jì)……………………………………………… 23結(jié)論 …………………………………………………………………………………… 29致謝 …………………………………………………………………………………… 30參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………31倒立擺系統(tǒng)是非線性、強(qiáng)耦合、多變量和自然不穩(wěn)定的系統(tǒng)，在控制過(guò)程中它能有效地反應(yīng)諸如可鎮(zhèn)定行、魯棒性、隨動(dòng)性以及跟蹤等許許多多的控制中的關(guān)鍵問(wèn)題，是檢驗(yàn)各種控制理論的理想模型。正是由于倒立擺系統(tǒng)在控制理論研究中的典型地位，國(guó)內(nèi)許多大學(xué)都配置了倒立擺實(shí)物模型，用于本科生的教學(xué)實(shí)驗(yàn)以及研究生的課題研究。由于倒立擺系統(tǒng)本身的復(fù)雜性，控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)通常需要涉及到幾個(gè)工作組，如算法設(shè)計(jì)組（數(shù)學(xué)仿真）、軟件開(kāi)發(fā)組、硬件實(shí)現(xiàn)組和測(cè)試組等，每個(gè)階段使用的工具也不盡相同，造成開(kāi)發(fā)和調(diào)試的工作量十分龐大，周期很長(zhǎng)。由于這幾個(gè)工作階段的獨(dú)立性，實(shí)驗(yàn)者很難深入?yún)⑴c到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，高校落后的實(shí)驗(yàn)體系越來(lái)越難以滿足開(kāi)展現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)的要求，、航天及軍事上的成功應(yīng)用，提出了利用 MATLAB RTW（Real Time Workshop）技術(shù)構(gòu)建一個(gè)倒立擺控制系統(tǒng)硬件在回路仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)想，希望直接將Simulink生成的仿真模型下載到目標(biāo)實(shí)時(shí)內(nèi)核中運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)外部硬件設(shè)備，在線調(diào)整參數(shù)，讓系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者和實(shí)驗(yàn)者能夠自由地往返于各個(gè)工作階段，螺旋式地完成開(kāi)發(fā)和實(shí)驗(yàn)。 研究意義及應(yīng)用前景倒立擺的控制方法在軍工、航天、機(jī)器人領(lǐng)域和一般工業(yè)過(guò)程中都有著廣泛的用途，如機(jī)器人行走過(guò)程中的平衡控制、火箭發(fā)射中的垂直度控制和衛(wèi)星飛行中的姿態(tài)控制等均涉及到倒置問(wèn)題，因此對(duì)倒立擺系統(tǒng)的研究在理論和方法論上均有著深遠(yuǎn)的意義。由于倒立擺系統(tǒng)的控制策略和雜技運(yùn)動(dòng)員頂桿平衡表演的技巧有異曲同工之處，極富趣味性，而且許多抽象的控制理論概念如系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可控性和系統(tǒng)的抗干擾能力等等，都可以通過(guò)倒立擺系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)直觀的表現(xiàn)出來(lái)，因此在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的高等院校，非常的直觀、簡(jiǎn)便，在輕松的實(shí)驗(yàn)中對(duì)所學(xué)的課程加深了理解。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀倒立擺系統(tǒng)穩(wěn)定與控制的研究在國(guó)外始于60年代，我國(guó)則從70年代中期開(kāi)始研究。首先根據(jù)經(jīng)典控制理論與現(xiàn)代控制理論應(yīng)用極點(diǎn)配置法，設(shè)計(jì)模擬控制器，，多級(jí)倒立擺由于其高度非線形和不確定性，數(shù)學(xué)模型越難精確推導(dǎo)，加上系統(tǒng)本身的非線形以及某些不確定性
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