單級(jí)倒立擺系統(tǒng)中模糊控制理論的應(yīng)用(存儲(chǔ)版)
【正文】 ，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。由4條規(guī)則的結(jié)論克制：。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)。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(kāi)發(fā)工作界面與其他編程語(yǔ)言的程序等。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(kāi)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。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。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。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。(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?！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。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。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。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。有關(guān)研究表明，遺傳算法具有較好的抗干擾特性，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。這種控制方法存在的主要問(wèn)題就是缺乏一種專門的，適合于控制問(wèn)題的動(dòng)態(tài)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，而且多層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)的確定、隱層神經(jīng)元的數(shù)量、激發(fā)函數(shù)類型的選擇等也缺乏有指導(dǎo)性原則等[9]。變結(jié)構(gòu)控制方法對(duì)系統(tǒng)參數(shù)攝動(dòng)和對(duì)外部擾動(dòng)具有很強(qiáng)的魯棒性，但是由于抖振的存在，使得在一定程度上影響了其控制效果。若結(jié)合其它控制算法一起使用可發(fā)揮出取長(zhǎng)補(bǔ)短的作用。按控制電機(jī)數(shù)量，又可分為單電機(jī)倒立擺和多級(jí)電機(jī)倒立擺等等。單級(jí)倒立擺系統(tǒng)中模糊控制理論的應(yīng)用1. 引言倒立擺系統(tǒng)是研究控制理論的一種典型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其具有成本低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，物理參數(shù)和結(jié)構(gòu)易于調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)，是一個(gè)高階次、極不穩(wěn)定、多變量、非線性和強(qiáng)耦合的不穩(wěn)定系統(tǒng)。按其形式分，倒立擺還分為，懸掛式倒立擺、平行倒立擺、環(huán)形倒立擺、平面倒立擺。這種方法方法雖然可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)倒立擺系統(tǒng)的控制但由于其線性的本質(zhì)，對(duì)于一個(gè)非線性、絕對(duì)不穩(wěn)定的系統(tǒng)是不能達(dá)到滿意的控制效果的，振蕩會(huì)比較厲害。其控制也分為兩個(gè)部分：滑動(dòng)模態(tài)域設(shè)計(jì)以及變結(jié)構(gòu)控制律設(shè)計(jì)[6]。(6)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制能夠任意充分地逼近各種極其復(fù)雜的非線性關(guān)系，能夠?qū)W習(xí)并且適應(yīng)嚴(yán)重不確定性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，因此具有很強(qiáng)的魯棒性與容錯(cuò)性，也可以將Q學(xué)習(xí)算法與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法有機(jī)的結(jié)合在一起，可以對(duì)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)未離散化倒立擺系統(tǒng)的無(wú)模型學(xué)習(xí)控制。對(duì)于倒立擺系統(tǒng)，需要找到一個(gè)可以使系統(tǒng)穩(wěn)定，且由噪聲產(chǎn)生的輸出量最小的非線性控制器，也就是要得到的最優(yōu)解。在60年代后期，作為一個(gè)典型的不穩(wěn)定、嚴(yán)重非線性證例，倒立擺的概念被提出，并將其用于檢驗(yàn)控制方法對(duì)不穩(wěn)定、非線性和快速性系統(tǒng)的控制能力，受到世界各國(guó)許多科學(xué)家的重視，并尋找不同的控制方法實(shí)現(xiàn)對(duì)倒立擺的控制[13]。(4)耦合特性：倒立擺的擺桿與小車之間，以及在多級(jí)倒立擺系統(tǒng)中，上下擺桿之間都是強(qiáng)耦合的。 應(yīng)用歐拉—拉格朗目原理[15]可得如下方程：， （21）其中，是拉格朗日算子，是系統(tǒng)的廣義坐標(biāo)，是廣義變量，是系統(tǒng)沿該廣義坐標(biāo)方向上的廣義外力。圖21 單級(jí)倒立擺小車系統(tǒng)圖單級(jí)倒立擺參數(shù)如表21所示。模糊控制器（微處理機(jī)）執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象傳感器給定值+圖31 模糊控制系統(tǒng)框圖(1)模糊控制器：這是整個(gè)模糊控制系統(tǒng)中最核心的部分，它所采用的是基于模糊控制知識(shí)以及模糊規(guī)則推理的語(yǔ)言型的“模糊控制器”，這個(gè)特點(diǎn)也就是模糊控制系統(tǒng)跟別控制系統(tǒng)最大的區(qū)別所在。傳感器在整個(gè)模糊控制系統(tǒng)中有著十分重要的地位，傳感器的精確程度往往直接影響到整個(gè)控制系統(tǒng)的精確程度，因此，我們?cè)趥鞲衅鞯倪x型時(shí)，應(yīng)該選擇那些精確度高并且穩(wěn)定性好的傳感器。本文則采用一個(gè)主模糊控制器的基礎(chǔ)上，再配上一個(gè)監(jiān)督控制器進(jìn)行相互協(xié)調(diào)控制。假設(shè)對(duì)任意一個(gè)，則可實(shí)際一個(gè)模糊系統(tǒng)。監(jiān)督控制器式（35）的控制策略為當(dāng)時(shí)，=1；當(dāng)時(shí)，=0。 通過(guò)上述分析克制[16]，通過(guò)設(shè)計(jì)監(jiān)督控制器，可以力圖使。MATLBA在數(shù)值計(jì)算方面的能力可以說(shuō)在數(shù)學(xué)類的科技應(yīng)用軟件中算得上是首屈一指的。Simulink是Matlab最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。 采用乘積推理機(jī)、單值模糊器和中性平均解模糊器，根據(jù)條規(guī)則來(lái)構(gòu)造模糊控制器。倒立擺系統(tǒng)作為一個(gè)典型的非線性、多變量、強(qiáng)耦合并且自然不穩(wěn)定個(gè)的系統(tǒng)，是研究控制理論的理想實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。鑒于本人所學(xué)知識(shí)有限，經(jīng)驗(yàn)不足，又是初次研究這種設(shè)計(jì)，在此過(guò)程中難免存在一些錯(cuò)誤和不足之處，懇請(qǐng)各位老師給予批評(píng)和
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