【正文】 (論文 ) 摘要 I 摘 要 一階直線倒立擺是一個典型的“快速、多變量、非線性、自不穩(wěn)定系統(tǒng)”，對一階倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究在理論上和方法上具有深遠的意義。對一階倒立擺的研究可以歸結(jié)為對非線性、多變量、不穩(wěn)定系統(tǒng)的研究。在應(yīng)用上，一階倒立擺廣泛應(yīng)用于控制理論研究、航空航天控制等領(lǐng)域，在自動化領(lǐng)域中具有重要的價值。 本文首先是建立一階倒立擺的數(shù)學(xué)模型，并且采用的是雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過對一階倒立擺的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的分析，將模糊控制方法應(yīng)用于一階倒立擺的控制問題，其中，內(nèi)環(huán)控制倒立擺的擺角，外環(huán)控制倒立擺的位置。采用模糊控 制器的設(shè)計包括隸屬函數(shù)及模糊控制規(guī)則、解模糊，最后利用 MATLAB 軟件進行仿真實驗。模糊控制方法應(yīng)用于一階倒立擺系統(tǒng)的控制中，能夠發(fā)揮模糊控制在非線性系統(tǒng)的控制、復(fù)雜對象系統(tǒng)控制方面的優(yōu)勢，簡化設(shè)計，提高系統(tǒng)的魯棒性。 關(guān)鍵詞： 一階倒立擺 ,數(shù)學(xué)模型 ,模糊控制 ,MATLAB 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) Abstract II Abstract The firstorder linear inverted pendulum is a typical “fast, multivariable, nonlinear, unstable system”, for an inverted pendulum system stability research in theory and method has the profound significance. For an inverted pendulum can boil down to the research on nonlinear, multivariable, unstable system research. In application, an inverted pendulum is widely used in control theory, aerospace control and other fields, in the field of automation has important value. This paper is to establish a mathematical model of the inverted pendulum, and using the double closedloop control system, through the inverted pendulum double closedloop control mathematical model analysis, a fuzzy control method is applied to an inverted pendulum control, Wherein, the inner control of the inverted pendulum swing angle, the outer loop controls the position of inverted pendulum. Fuzzy controller design including the membership function and fuzzy control rule, fuzzy solution, finally using the Matlab software simulation. The fuzzy control method is applied to an inverted pendulum control system, fuzzy control can play in the control of nonlinear system, plex object systems control advantages, simplify the design, improve the stability of system. Key words: Inverted pendulum,Mathematical model,Fuzzy control,Matlab 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 目錄 III 目 錄 摘 要 ............................................................................................................................... I Abstract............................................................................................................................. II 1 緒 論 .............................................................................................................................1 一階倒立擺系統(tǒng)研究的意義 .............................................................................1 一階倒立擺系統(tǒng)在國內(nèi)外研究綜述 .................................................................1 本論文的研究內(nèi)容和所用方法 .........................................................................2 2 一階倒立擺數(shù)學(xué)模型的建立與控制系統(tǒng) ...................................................................3 一階倒立擺的數(shù)學(xué)模型 .....................................................................................3 一階倒立擺系統(tǒng)的動力學(xué)分析 ...............................................................4 系統(tǒng)微分方程的線性化 ...........................................................................5 系統(tǒng)微分方程狀態(tài)空間表示 ...................................................................6 一階倒立擺定性分析 .........................................................................................7 系統(tǒng)的穩(wěn)定性、能控性和能觀測性判據(jù) ...............................................7 基于狀態(tài)方程的系統(tǒng)定性分析 ...............................................................8 一階倒立擺控制系統(tǒng) ....................................................................................... 11 一階倒立擺控制系統(tǒng)硬件 ..................................................................... 11 一階倒立擺系統(tǒng)總體控制框圖 ............................................................. 11 3 模糊控制的基本原理 .................................................................................................15 模糊控制理論的基本概念 ...............................................................................15 模糊邏輯操作 .........................................................................................16 模糊規(guī)則與模糊推理 .............................................................................16 模糊控制系統(tǒng) ...................................................................................................16 模糊控制系統(tǒng)的組成 .............................................................................17 模糊控制系統(tǒng)的特點 .............................................................................18 模糊控制器 .......................................................................................................18 模糊控制器的組成 .................................................................................18 模糊控制器的結(jié)構(gòu) .................................................................................19 4 雙閉環(huán)模糊控制系統(tǒng)設(shè)計 .........................................................................................21 建立雙閉環(huán)模糊控制系統(tǒng) ...............................................................................21 模糊控制器的設(shè)計 ...........................................................................................21 隸屬函數(shù)的確定 .....................................................................................21 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 目錄 IV 模糊控制規(guī)則 .........................................................................................23 輸出向量的 解模糊 .................................................................................24 建立模糊控制查詢表 .............................................................................25 5 一階倒立擺系統(tǒng)仿真及其分析 .................................................................................28 MATLAB 及其模糊工具箱的介紹 ...................................................................28 MATLAB 的主要特點 ....................................................................................28 MATLAB 的基本組成 .............................................................................29 一階倒立擺模糊控制系統(tǒng)仿真實驗 ...............................................................30 利用 GUI 編輯 FIS 結(jié)構(gòu)文件，即設(shè)計