基于matlab的倒立擺模糊控制_課程設(shè)計報告-資料下載頁
2025-08-17 15:22本頁面
【導(dǎo)讀】使之沒有大的振蕩和過大的角度和速度。當(dāng)擺桿到達(dá)期望的位置后，系統(tǒng)能克服隨機擾動而保持穩(wěn)定的位置。本文主要針對較為簡單的單。級倒立擺控制系統(tǒng)而進(jìn)行的設(shè)計分析。模型的軟件仿真，從而達(dá)到預(yù)定控制效果。目前，一級倒立擺的研究。成果應(yīng)用于火箭發(fā)射推進(jìn)器和控制衛(wèi)星的飛行狀態(tài)等航空航天領(lǐng)域?？刂评碚摻虒W(xué)及開展各種控制實驗的理想實驗平臺。題、鎮(zhèn)定問題、隨動問題以及跟蹤問題等。通過對倒立擺的控制，用。同時，其控制方法在軍工、航天、機器人和一般工業(yè)過程領(lǐng)域中。然而由于一系列的原因，諸如被控對象或過程的非線性、傳統(tǒng)控制理論難以達(dá)到良好的控制性能。些困難，達(dá)到實際設(shè)計要求。所以說，對倒立擺系統(tǒng)控制理論的研究不僅具有理論研究價值，一級倒立擺的背景源于火箭發(fā)射助推器；二級倒立擺于雙足機。方向運動，使倒立擺在垂直平面內(nèi)穩(wěn)定。數(shù)模轉(zhuǎn)換驅(qū)動直流電機實現(xiàn)倒立擺的實時控制。制力，使其在軌道上被往前或朝后拉動。②忽略擺桿與支點之間的摩擦；
【正文】 2 1 1, 13 (1) : 1 2 2 1 2, 14 (1) : 1 2 2 2 1, 15 (1) : 1 2 2 2 2, 16 (1) : 1 基于 MATLAB 的倒立擺模糊控制 caymi 第 17 頁 共 24 頁 根據(jù)控制器和倒立擺模型的分析， 通過 MATLAB 可以得到單級倒立擺控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 如 圖所示。 圖 單級倒立擺控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 基于 MATLAB 的倒立擺模糊控制 caymi 第 18 頁 共 24 頁 5 根據(jù)控制模型，分析動穩(wěn)態(tài)特性 根據(jù)控制器和倒立擺模型得出圖 所示的單級倒立擺控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)后， 設(shè)置不同的隸屬度函數(shù)，分別對上述過程進(jìn)行仿真，得到不同情況下的線速度和角位移的變化情況 ， 說明選取不同的隸屬度函數(shù)曲線在控制效果上有著明顯的差異，其中系統(tǒng)默認(rèn)的隸屬度函數(shù)是較好的控制方法。 通過不斷調(diào)試，達(dá)到最佳狀態(tài)，在 MATLAB 中進(jìn)行仿真，設(shè)定方波為跟蹤的期望信號，得到結(jié)果如圖 所示。圖 52 所示為仿真運行時的圖形用戶界面。 圖 小車對方波期望值的跟蹤情況 基于 MATLAB 的倒立擺模糊控制 caymi 第 19 頁 共 24 頁 圖 仿真運行時的圖形用戶界面 從以上的 圖 可知，綠色規(guī)則的方波期望值代表小車位置的期望，紅色不規(guī)則的近似方波為小車的實際位置。 從以上的 圖 可知，綠色的三角形為小車位置的期望，紅色的方塊為小車的實際位置，黃色的粗斜線為擺桿實際位置。 基于 MATLAB 的倒立擺模糊控制 caymi 第 20 頁 共 24 頁 圖 小車在不同時刻跟隨情況 基于 MATLAB 的倒立擺模糊控制 caymi 第 21 頁 共 24 頁 從以上的 圖 的四個不同情況可知，當(dāng)小車的實際位置和期望位置相距最遠(yuǎn)時，跟蹤誤差達(dá)到最大值；而當(dāng)小車的 實際位置和期望位置相距最近時，跟蹤誤差達(dá)趨于零；尤其是在小車的實際位置和期望位置重合，并且擺桿垂直時，跟蹤誤差為零。圖 所示不同時刻小車和擺桿的運動軌跡圖。 圖 不同時刻小車和擺桿的運動軌跡 6 分析數(shù) 據(jù)，得出結(jié)論 通過以上仿真實踐的過程可以看出，對于倒立擺一類的包含非線性以及不穩(wěn)定因素的控制系統(tǒng)模型，采用模糊控制的方法具有很強的適應(yīng)性以及理想的控制效果，在此基礎(chǔ)上，選用恰當(dāng)?shù)碾`屬度函數(shù)也是實現(xiàn)優(yōu)化控制的重要條件。 基于 MATLAB 的倒立擺模糊控制 caymi 第 22 頁 共 24 頁 倒立擺系統(tǒng)的輸入為小車的 位移 （即位置）和擺桿的傾斜角度 期望值 ，計算機在每一個采樣周期 中采集來自 傳感器 的小車與擺桿的實際位置信號，與期望值進(jìn)行比較后，通過控制 算法 得到控制量，再經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換驅(qū)動直流電機實現(xiàn)倒立擺的實時控制。直流電機通過皮帶帶動小車在固定的軌道上運動，擺桿的一端安裝在小車上，能以此點為軸心使擺桿能在垂直的平面上自由地擺動。作用力平行于鐵軌的方向作用于小車，使桿繞小車上的軸在豎直 平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，小車沿著水平鐵軌運動。當(dāng)沒有作用力時，擺桿處于垂直的穩(wěn)定的平衡位置（豎直向下）。為了使桿子擺動或者達(dá)到豎直向上的穩(wěn)定，需要給小車一個控制力，使其在軌道上被往前或朝后拉動。 總 結(jié) 在實際應(yīng)用中，由于模型往往具有更多的復(fù)雜因素以及一些不可預(yù)測的干擾因素，所以有時需要簡歷更復(fù)雜的模糊控制方案以及更加精確的隸屬度函數(shù)，有時也需要采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法結(jié)構(gòu)來解決這樣的實際問題，這些方法互相配合從而形成了較為完備的智能控制方案系統(tǒng)。 倒立擺的控制問題就是使擺桿盡快地達(dá)到一個平衡位置，并且使之沒有大的 振蕩和過大的角度和速度。當(dāng)擺桿到達(dá)期望的位置后，系統(tǒng)能克服隨機擾動而保持穩(wěn)定的位置。 基于 MATLAB 的倒立擺模糊控制 caymi 第 23 頁 共 24 頁 參考文獻(xiàn) [1] 韓力群 .《 智能控制理論及應(yīng)用 》 .北京：機械工業(yè) 出版社 ,2020 [2] 劉慧穎 .《 MATLAB R2020 基礎(chǔ)教程 》 .北京： 清華大學(xué) 出版社 ,2020 [3] 張嗣瀛，高立群 .《 現(xiàn)代控制理論 》 .北京： 清華大學(xué)出版社 ,2020 [4] 李洪興 .《 工程模糊數(shù)學(xué)方法及應(yīng)用 》 .天津：天津科學(xué)技術(shù) 出版社 ,1991 [5] 胡壽松 .《 自動控制原理簡明 教程》 .北京 ：科學(xué) 出版社 ,2020 [6] 王立興 .《 模糊系統(tǒng) 與模糊控制教程 》 .北京 :清華大學(xué)出版社 ,2020
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