單級倒立擺系統(tǒng)中模糊控制理論的應用-免費閱讀
【正文】 在此，對其他給予幫助的老師們表示我誠摯的謝意，對給予幫助的同學們表示衷心的感謝。并在Matlab上采用Simulink進行了對單極倒立擺系統(tǒng)的仿真工作，取得了較好的效果。 要設計監(jiān)督控制器，首先要確定邊界和。[21]5. 仿真第二章建立了單級倒立擺的數(shù)學模型，在此基礎上，第三章詳細討論了模糊控制倒立擺的方法，給出了模糊控制器的設計方法，證明了利用模糊策略控制倒立擺系統(tǒng)是可行的。MATLAB的出現(xiàn)不僅為科學研究、工程設計以及那些必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，而且它還在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)的非交互式程序設計語言的編輯模式，代表了二十一世紀國際科學計算軟件的先進水平。可以選擇如下： （315）式中，為設計者給定的一個常數(shù)。監(jiān)督控制器設計為 （35）式中，為指示函數(shù)。第二層控制器被稱為監(jiān)督控制器。后來范醒哲等人將這種控制方法推廣到了三級倒立擺控當中，并且提出了兩種模糊控制串級控制的方案，用以解決像倒立擺這類多變量，非線性，強耦合的系統(tǒng)模糊控制時出現(xiàn)的規(guī)則爆炸問題。(5)傳感器：傳感器就是將被那些控對象或者控制過程當中的各種被控量轉換為電信號的一類裝置。如果從線性與非線性的控制角度來分類，模糊控制方法是一種非線性的控制方法；如果從控制器的智能性來看，模糊控制方法則是屬于智能控制的范疇，并且它己經(jīng)成為當今智能控制領域當中的一種重要并且行之有效的控制形式[17,18]。一般說來，就是點擊驅動系統(tǒng)。為了方便大家對倒立擺系統(tǒng)控制方法的研究，所以建立一個較為精確的倒立擺系統(tǒng)的“線性的倒立擺系統(tǒng)模糊控制算法的研究模型”是必不可少的。(2)仿射非線性系統(tǒng)：倒立擺控制系統(tǒng)作為一種典型的仿射非線性系統(tǒng)，因此我們在對它進行的分析時可以應用微分幾何方法進行分析。早在上個世紀五十年代，國外就開始了倒立擺的研究，我國學者也從80年代初開始倒立擺系統(tǒng)的研究。(8)遺傳算法：遺傳算法是美國密歇根大學Holland教授倡導發(fā)展起來的，是模擬生物學中的自然遺傳和達爾文進化理論而提出的并行隨機優(yōu)化算法。10176。線性二次型(LQR)最優(yōu)控制，可以實現(xiàn)對倒立擺系統(tǒng)的平衡控制，而且設計方案很簡單、超調(diào)量也較小、響應速度較快；但是，LQR控制的抗干擾性能和魯棒性不強，當存在大擾動時，小車的跟隨能力有限，存在滯后[5]，尤其對多級倒立擺進行穩(wěn)定控制時，其困難更大。下面本文將對現(xiàn)階段應用較為廣的幾種控制方法進行簡要介紹?，F(xiàn)在由中國的北京師范大學李洪興教授領導的“模糊系統(tǒng)與模糊信息研究中心”暨復雜系統(tǒng)智能控制實驗室采用變論域自適應模糊控制成功的實現(xiàn)了對四級倒立擺的控制。迄今人們已經(jīng)利用經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論以及各種智能控制理論實現(xiàn)了對多種倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)定性的控制。圖11 各類倒立擺系統(tǒng)照片本文所采用的倒立擺模型，直線單極倒立擺。極點配置法就是通過設計狀態(tài)反饋控制器，然后將多變量系統(tǒng)的閉環(huán)系統(tǒng)極點配置在期望的位置之上，從而使系統(tǒng)滿足實際應用當中所要求的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)的性能指標[2]。因而在實際應用中必須考慮到如何才能消除抖振帶來的負面影響，否則不僅會影響控制效果，而且對儀器設備也會造成一定的破壞。但是一般的模糊控制器的設計方法存在著很大的局限性，首先就建立一組比較完善的多維的模糊控制規(guī)則而言，就是一個很難解決的問題，即使湊成了一組不完整并且很粗糙的模糊控制規(guī)則，在實際控制過程中其控制效果也難以得到保證?！鴥?nèi)外研究現(xiàn)狀對倒立擺系統(tǒng)的研究最早開始于二十世紀五十年代，由麻省理工大學的電機工程系設計出了單級倒立擺系統(tǒng)這個實驗設備，并投入使用。(1)欠冗余性：一般的說來倒立擺控制系統(tǒng)都采用單電機驅動，因而它與冗余機構有較大的不同之處，比如說冗余機器人。豎直向下的平衡狀態(tài)是系統(tǒng)本身穩(wěn)定的平衡點，而豎直向上的平衡狀態(tài)是系統(tǒng)本身不穩(wěn)定的平衡點，開環(huán)的時候即使是微小的擾動都會使得系統(tǒng)離開豎直向上的平衡狀態(tài)進而轉入到豎直向下的平衡狀態(tài)中去。建模中我們發(fā)現(xiàn)，單級倒立擺系統(tǒng)擁有四個狀態(tài)變量，二級倒立擺系統(tǒng)擁有六個狀態(tài)變量。它因在設計系統(tǒng)時不需要建立被控對象精確的數(shù)學模型而得到了日益廣泛的應用。(3)執(zhí)行機構等：包括交、伺服電機，步進電機，直流電機，氣動調(diào)節(jié)閥以及液壓電動機、液壓閥等。倒立擺系統(tǒng)的控制一直以來都是控制理論及應用的典型。第二種方法中模糊控制器的設計有很大的自由度和靈活性，所以用此方法設計的模糊控制器系統(tǒng)可獲得更好的性能。在系統(tǒng)（33）中假設的上界和的下界已知，即存在可確定函數(shù)和，使得，0。將式（37）代入式（36），得 （38）定義：， （39）則式（38）可以寫成向量形式[16] （310） 穩(wěn)定性分析定義Lyapunov函數(shù)為 （311）其中是滿足Lyapunov方程的正定對稱矩陣，且滿足 （312）其中由設計者給定。Little、Moler、Steve Bangert等人于1984年合作成立了MathWorks公司并正式的把MATLAB市場化，從此MATLAB成為了國際控制界的標準計算軟件。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單元是矩陣，MATLAB的指令表達形式跟數(shù)學、工程中常用的表達形式十分相似，所以用MATLAB來解計算的問題比起用C，F(xiàn)ORTRAN等語言來完成相同的任務要簡單快捷得多，不僅如此MATLAB還吸收了像Maple這樣的軟件的優(yōu)點，這使得MATLAB成為一款非常強大的數(shù)學應用軟件。單級倒立擺系統(tǒng)Simulingk模型如圖51所示。位置指令為，倒立擺初始狀態(tài)為，采用控制律式（33）。隨著科學技術的不斷發(fā)展，各種新的控制理論必將應運而生，而對這些新的控制理論可行性的檢測工作，自然也離不開倒立擺系統(tǒng)，因此在不久的將來倒立擺系統(tǒng)還將有更加長足的發(fā)展。 。在對倒立擺系統(tǒng)的控制過程中
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