單級(jí)倒立擺系統(tǒng)中模糊控制理論的應(yīng)用(文件)
【正文】 但是計(jì)算量較大，適合于微控制器計(jì)算能力較強(qiáng)的場(chǎng)合。自從倒立擺產(chǎn)生以后，國(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者就不斷對(duì)它進(jìn)行研究，其研究主要集中在下面兩個(gè)方面：倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)定控制的研究和倒立擺系統(tǒng)的自起擺控制研究從目前的研究情況來(lái)看，大部分研究成果又都集中在第一方面即倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)定控制的研究。2. 倒立擺系統(tǒng)特性分析和單級(jí)倒立擺數(shù)學(xué)建模本章分析了倒立擺系的統(tǒng)特性，建立了單級(jí)倒立擺系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，利用力學(xué)分析方法和Lagrange方程建立了倒立擺系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方程。研究者常常都是希望通過(guò)對(duì)倒立擺控制系統(tǒng)的研究從而獲得性能較為突出的新型控制器的設(shè)計(jì)方法，并同時(shí)驗(yàn)證其有效性以及控制性能。這就是為什么可以采用單個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)倒立擺系統(tǒng)的原因，也是為什么使得控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及控制器參數(shù)調(diào)節(jié)變得很復(fù)雜的原因。因此我們將小車抽象成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，擺桿抽象成一個(gè)勻質(zhì)的剛體，擺桿繞著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就可以通過(guò)力學(xué)原理建立起一個(gè)較為精確的數(shù)學(xué)模型。就是系統(tǒng)的動(dòng)能，就系統(tǒng)的勢(shì)能，就是系統(tǒng)的耗散能。因此通過(guò)定義狀態(tài)變量我們可以將所建立起來(lái)的數(shù)學(xué)模型寫成，仿射非線性系統(tǒng)的形式： （22）其中是系統(tǒng)的狀態(tài)變量，一般輸出是，是系統(tǒng)的控制量?！渭?jí)倒立擺參數(shù)表符號(hào)含義取值（單位）擺角rad擺速rad/sg重力加速度小車的質(zhì)量1kgm擺桿質(zhì)量L擺桿長(zhǎng)度1mu控制輸入N對(duì)系統(tǒng)做如下假設(shè)：擺勻質(zhì)剛體，摩擦力與相對(duì)速度（角速度）成正比。 模糊控制理論簡(jiǎn)介模糊控制方法是以模糊語(yǔ)言變量、模糊集合以及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種新型的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制方法。(2)輸入／輸出接口：在模糊控制系統(tǒng)中，模糊控制器經(jīng)由輸入／輸出接口從而獲取被控對(duì)象的數(shù)字信號(hào)量，并把模糊控制器發(fā)出的數(shù)字決策信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)，最后送給被控對(duì)象。對(duì)于那些難以通過(guò)常規(guī)方法建立起精確的數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜被控對(duì)象，往往更加適合采用模糊控制方法進(jìn)行控制。 模糊控制器的設(shè)計(jì)方法模糊控制系統(tǒng)的核心是模糊控制器(Fuzzy Controller)，其組成見(jiàn)圖32。為了解決這個(gè)規(guī)則爆炸問(wèn)題，張乃堯等人提出了雙閉環(huán)模糊控制方案的倒立擺控制方法，即內(nèi)環(huán)用于控制倒立擺的角度，外環(huán)用于控制倒立擺的位移[19]。從概念上講，至少由兩種不同的方法確保模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。模糊控制器執(zhí)行主要控制操作，是主控制器，第二層控制器執(zhí)行監(jiān)督功能，如果模糊控制器運(yùn)行良好，則第二層控制器停止工作；如果模糊控制器系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定，則第二層控制器開始工作，以確保穩(wěn)定性。模糊系統(tǒng)的這幾步驟為步驟一 ：在上定義個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的，一直的和完備的模糊集。在模糊控制器上添加一個(gè)監(jiān)督控制器，只是在狀態(tài)變量達(dá)到約束集合的邊界時(shí)才不為零，其中為設(shè)計(jì)者給定的大于零的實(shí)數(shù)。將式（35）帶入式（33）中，得= （36）為了證明穩(wěn)定性，需要將閉環(huán)系統(tǒng)的方程式寫成向量形式。利用式（310）和式（312），并考慮到時(shí)，,得：可得 （313）為保證,根據(jù)式（313）和式（37），設(shè)計(jì)監(jiān)督控制項(xiàng)為 （314）將式（314）代入式（313），有式（35）中的式一個(gè)階躍函數(shù)，每到碰到邊界時(shí)，監(jiān)督控制器就開始工作，每當(dāng)回到約束條件的內(nèi)部時(shí)，監(jiān)督控制器就挺直工作，因此，系統(tǒng)在跨越邊界時(shí)將收到?jīng)_擊，克服這種“振蕩”的一個(gè)辦法就式，另在之間連續(xù)變化。4. 仿真平臺(tái)matlabMATLAB就是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）的簡(jiǎn)稱，該軟件是由美國(guó)MathWorks公司出品的一款商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，其主要用途就是數(shù)據(jù)可視化、算法開發(fā)、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算等，是一種高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言與交互式環(huán)境，其主要組成部分包括MATLAB和Simulink兩大塊。它可以將矩陣計(jì)算、數(shù)值分析、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化、非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真等等諸多強(qiáng)大的功能合并集成在一個(gè)便于使用的視窗環(huán)境當(dāng)中。MATLAB可以進(jìn)如：繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、行矩陣運(yùn)算、創(chuàng)建用戶界面、實(shí)現(xiàn)算法、連接matlab開發(fā)工作界面與其他編程語(yǔ)言的程序等。并且可以進(jìn)行直接調(diào)用，如今如此用戶還可以將自己編寫的應(yīng)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫(kù)當(dāng)中去，進(jìn)一步方便自己以后的調(diào)用，此外世界各地的許多MATLAB愛(ài)好者也都編寫了很多經(jīng)典的程序，用戶都可以直接去相關(guān)的網(wǎng)站下載，并且直接就可以用。在該環(huán)境中，可以構(gòu)造出復(fù)雜的仿真模型，如單級(jí)倒立擺控制系統(tǒng)。模糊集“正”、“負(fù)”、“負(fù)最大值”、“零”和“正最大值”的隸屬函數(shù)分別為：。由4條規(guī)則的結(jié)論克制：。由于，取，仿真結(jié)果如圖54至圖56所示圖52 加速度的隸屬函數(shù)圖53 控制輸入的隸屬函數(shù)圖54 位置響應(yīng)圖55 速度響應(yīng)圖56 控制輸入信號(hào)6. 結(jié)論與展望本文圍繞著單極倒立擺系統(tǒng)，采用模糊控制理論深入探討了倒立擺系統(tǒng)的控制問(wèn)題。在對(duì)倒立擺系統(tǒng)的控制過(guò)程中，能夠有效的反映出一個(gè)控制理論或方法的魯棒性，隨動(dòng)性，實(shí)時(shí)控制和可鎮(zhèn)定性等方面的問(wèn)題，是檢測(cè)一個(gè)新的控制理論或控制方法的可行性的重要手段。謹(jǐn)此向老師致以崇高的敬意和衷心的感謝！在課題選題和研究過(guò)程中，還得到了其他老師和同學(xué)的幫助。 。感謝學(xué)院提供良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使我的設(shè)計(jì)結(jié)果能進(jìn)行有效地模擬。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新的控制理論必將應(yīng)運(yùn)而生，而對(duì)這些新的控制理論可行性的檢測(cè)工作，自然也離不開倒立擺系統(tǒng)，因此在不久的將來(lái)倒立擺系統(tǒng)還將有更加長(zhǎng)足的發(fā)展。由于受到本人學(xué)歷知識(shí)以及實(shí)驗(yàn)器材所限，本次設(shè)計(jì)過(guò)程只有仿真部分，并無(wú)實(shí)物控制部分。位置指令為，倒立擺初始狀態(tài)為，采用控制律式（33）。對(duì)本系統(tǒng)，本文要求，則有控制的目標(biāo)能將任意初始角度的倒立擺控制到平衡點(diǎn)，并同時(shí)保證。單級(jí)倒立擺系統(tǒng)Simuling
環(huán)評(píng)公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1