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)-全文預(yù)覽
【正文】 定控制問(wèn)題。從這些文獻(xiàn)中可以看出，常規(guī)的模糊控制器的設(shè)計(jì)方法有很大的局限性。3)通信衛(wèi)星在預(yù)先計(jì)算好的軌道和確定的位置上運(yùn)行的同時(shí)，要保持其穩(wěn)定的姿態(tài)，使衛(wèi)星天線一直指向地球，使它的太陽(yáng)能電池板一直指向太陽(yáng).4)偵察衛(wèi)星中攝像機(jī)的輕微抖動(dòng)會(huì)對(duì)攝像的圖像質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響，為了提高攝像的質(zhì)量，必須能自動(dòng)地保持伺服云臺(tái)的穩(wěn)定，消除震動(dòng)。對(duì)倒立擺這樣的一個(gè)典型被控對(duì)象進(jìn)行研究，更重要的是實(shí)現(xiàn)其控制穩(wěn)定的過(guò)程中不斷發(fā)現(xiàn)新的控制方法，探索新的控制理論，并且可以促成相互間的有機(jī)結(jié)合。 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。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。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。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(mǎn)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)。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，把人工智能的方法引入控制系統(tǒng)，、“變論域自適應(yīng)模糊控制理論”成功地實(shí)現(xiàn)了全球首例“四級(jí)倒立擺實(shí)物系統(tǒng)控制” . 而由此項(xiàng)理論產(chǎn)生的方法和技術(shù)將在半導(dǎo)體及精密儀器加工、機(jī)器人技術(shù)、導(dǎo)彈攔截控制系統(tǒng)、航空器對(duì)接控制技術(shù)等方面具有廣闊的開(kāi)發(fā)利用前景。2)在火箭等飛行器的飛行過(guò)程中，為了保持其正確的姿態(tài)，要不斷進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。1）模糊控制經(jīng)典的模糊控制器利用模糊集合理論將專(zhuān)家知識(shí)或操作人員經(jīng)驗(yàn)形成的語(yǔ)言規(guī)則直接轉(zhuǎn)化為自動(dòng)控制策略(專(zhuān)家模糊規(guī)則查詢(xún)表)，其設(shè)計(jì)不依靠對(duì)象精確數(shù)學(xué)模型，而是利用其語(yǔ)言知識(shí)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)和修正控制算法. 程福雁等運(yùn)用模糊規(guī)則控制，將現(xiàn)代控制理論與模糊控制理論相結(jié)合，將成熟的現(xiàn)代控制理論用于模糊控制器中處理多變量問(wèn)題，是一種可行的方法和思路。2) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制80年代以來(lái)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逐漸被運(yùn)用于倒立擺系統(tǒng)的研究。3) 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制與傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不同，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)構(gòu)和權(quán)值有一定的物理意義，它的結(jié)構(gòu)和初始權(quán)值可根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)人為的加以選擇。4) 基于遺傳算法的控制方法
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