【正文】 最優(yōu)狀態(tài)變量合成函數(shù)，減少了模糊控制器輸入變量的維數(shù)，成功解決了“規(guī)則爆炸”問題。分析了量化因子對控制效果的影響，采用非線性量化因子，提升了模糊控制器的性能品質(zhì)。4. 利用Matlab/Simulink工具進行了旋轉(zhuǎn)倒立擺模糊控制系統(tǒng)的仿真研究 。本文雖然在模糊控制方法研究上作了一些工作，在以下方面還需進一步改善和研究：1. 在今后的研究中，可以考慮將模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法結(jié)合起來，設(shè)計出更為先進的智能控制算法，達到更好的控制效果。2. 模糊控制器的量化因子、比例因子等參數(shù)的選取比較困難，如何合理地選取這些參數(shù)達到最佳的控制效果，有待于進一步研究。3. 倒立擺的起擺亦是一個較難解決的問題，本文沒有對此進行研究。參考文獻參考文獻1 孫靈芳， 孔輝， 劉長國等. 倒立擺系統(tǒng)及研究現(xiàn)狀[J]. 機床與液壓， 2008，36(7):306～3102 張冬軍， 叢爽， 秦志強. 倒立擺控制系統(tǒng)研究綜述[J]. 固高科技研究生論文集第一輯， 2007，11(6):506～5093 李士勇 模糊控制、神經(jīng)控制和智能控制 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2002年版4 聞新， 周露， 李東紅等. 模糊邏輯工具箱的分析與應(yīng)用[M]. 北京:科技出版社，2001:112～1275 王立新，王迎軍. 模糊控制系統(tǒng)與模糊控制[M] . 北京:清華大學(xué)出版社，20036 陳 奎，吳愛國，張小明(天津大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院，天津)基于模糊策略的單級旋轉(zhuǎn)倒立擺控制7 張乃堯等. 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制[M]. 北京:清華大學(xué)出版社， 1998:198～1998 洪旭. 倒立擺系統(tǒng)模糊控制算法研究[D]. 西安:西安電子科技大學(xué)， 20059 張小明．旋轉(zhuǎn)倒立擺系統(tǒng)控制方法的研究［D］．天津：天津大學(xué)，2005管鳳旭，王科俊．哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006，38（7）10韓俊峰， 路林吉， 王文杰. 模糊控制理論與應(yīng)用技術(shù)[M]. 重慶:重慶大學(xué)出版社， 2003，5:82~135.11 夏瑋，李朝暉，常春藤，等．控制系統(tǒng)仿真與實例詳解［M］．北京：人民郵電出版社，200812 ．西安電子科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文13 解學(xué)書. 最優(yōu)控制理論與應(yīng)用[M]. 北京:清華大學(xué)出版社， 1986:323～32914 宋君烈， 肖軍， 徐心和. 倒立擺系統(tǒng)的 Lagrange 方程建模與模糊控制[J]. 東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)， 2002，23(4):333～33715 韓俊峰. 模糊控制技術(shù)[M]. 重慶:重慶大學(xué)出版社， 2003:35～3616 韓俊峰， 路林吉， 王文杰. 模糊控制理論與應(yīng)用技術(shù)[M]. 重慶:重慶大學(xué)出版社， 2003，5:82～13517 唐曉琪，謝克明．模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制倒立擺系統(tǒng)．太原理工大學(xué)學(xué)報18 洪旭. 倒立擺系統(tǒng)模糊控制算法研究[D]. 西安:西安電子科技大學(xué)， 200519 宋君烈， 肖軍， 徐心和. 倒立擺系統(tǒng)的 Lagrange 方程建模與模糊控制[J]. 東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)， 2002，23(4):333～33720 唐加福、汪定偉模糊優(yōu)化理論與方法的研究綜述控制理論與應(yīng)用，200021 夏瑋，李朝暉，常春藤，等．控制系統(tǒng)仿真與實例詳解［M］．北京：郵版社22 王衛(wèi)華. 單級倒立擺的專家模糊控制[J]. 湖北大學(xué)學(xué)報23唐曉琪，謝克明．模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制倒立擺系統(tǒng)．太原理工大學(xué)學(xué)報，200324 Chen C L，Kvo F C．Design and analysis ofa fuzzy logic controller．Int，J，Systems．1995，26.25 Shiriaev A S ， Friesel A ， Perram J ， Pogromsky ， A. On stabilization of rotational modes of an inverted pendulum[ A ] . Proc of the 39th IEEE Conference on Decision and Control [C] . Sydney ， NSWAustralia ， 2000 .，1995，61(591):4276～428126 A. L. Fradkov， P. Y. Guzenko， D. J. Hill， A. Y. Pogromsky. Speed gradient control and passivity of nonlinear oscillators[C]. Proc. of IFAC symposium on Control of Nonlinear Systems， 1995:655～65927 Shozo Mori， Huritisgu Nishihara， Katsytusa Furuta. Control of unstable mechanical system:Control of Pendulum[J]. International Journal of Control， 1976，23(5):673～69228 Van der Linden G W，Lambrechts P F. H Control of an Experimental Inverted Pendulum with Dry Friction [J]. IEEE Control Systems，1993，13(4):44～5029 Kim Sang Yoon， Hu Bambi. Critical behavior of period doublings in couple　 dinverted pendulums[J].Physical　review E， 1998，58(6):7231～724230 Shozo Mori， Huritisgu Nishihara， Katsytusa Furuta. Control of unstable mechanical system:Control of Pendulum[J]. International致謝首先，我要衷心地感謝我的指導(dǎo)教師劉爽老師，他不惜拿出他寶貴的時間來親自給我們作指導(dǎo)給了我很大的幫助。老師嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度很值得我們學(xué)習。感謝指導(dǎo)組老師提出的寶貴意見。感謝舍友們對我的無私幫助，對我的論文提出了諸多寶貴的意見和建議。在和她們討論過程中，清晰了課題方向和相關(guān)背景，開闊了我的思路和視野。在我調(diào)試程序過程中，不厭其煩地幫我分析程序錯誤。最后向所有關(guān)心、幫助過我的老師、同學(xué)和朋友們表示最衷心的感謝和最真摯的敬意。附錄附錄1 開題報告一、選題的依據(jù)和意義及國內(nèi)外研究動態(tài)（1）選題的依據(jù)和意義 雜技演員頂桿表演是人們熟悉的一種表演形式，不僅需要精湛的技藝，更重要的是它的物理機制與控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性密切相關(guān)。它深刻地揭示了自然界的一種基本現(xiàn)象，即一個自然不穩(wěn)定的被控對象，通過人的直覺的、定性的控制手段，就可以具有良好的穩(wěn)定性。倒立擺系統(tǒng)的控制策略和雜技運動員頂桿平衡表演的技巧有異曲同工之處【1】。 倒立擺控制是一個經(jīng)典的控制平衡問題。許多抽象的控制概念如控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可控性、系統(tǒng)收斂速度和系統(tǒng)抗干擾能力等，都可以通過倒立擺系統(tǒng)直觀的表現(xiàn)出來【2】。倒立擺系統(tǒng)是一種高階次、不穩(wěn)定、多變量、非線性、強耦合的系統(tǒng)，是進行控制理論研究的典型實驗平臺。對倒立擺的研究不僅有深刻的理論意義，還有重要的工程背景【3】。工程中的許多控制問題，都和倒立擺的控制有很大的相似性，如海上鉆井平臺的穩(wěn)定控制、衛(wèi)星發(fā)射架的穩(wěn)定控制、火箭姿態(tài)控制、飛機安全著陸、化工過程控制、步行機器人的穩(wěn)定控制等都可以用倒立擺來進行模擬。可見，倒立擺控制的研究具有重要的理論與實際意義【16】。 （2）國內(nèi)外研究動態(tài)國外對倒立擺系統(tǒng)的研究始于上世紀五十年代，麻省理工學(xué)院機電工程系的控制論專家根據(jù)火箭發(fā)射助推器原理設(shè)計出一級倒立擺試驗裝置【1】。1995 年，Tetsuhiko Yamamoto， Shinichi Hanada 等人提出了應(yīng)用遺傳算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制單級倒立擺制【8】。1996 年，Lin ZL.， Gutmann M， Shamash YA，Saberi A 提出采用線性狀態(tài)反饋方法控制單級倒立擺【18】。2002 年，Seong Ik Han， Jong Shik Kim， Jae Weon Choi 應(yīng)用非線性魯棒 H∞ 控制平行倒立擺。國內(nèi)的研究工作是從八十年代開始的， 1982 年，西安交通大學(xué)采用最優(yōu)控制和降維觀測器完成了二級倒立擺系統(tǒng)的研制和控制【20】。蔣國飛，基于 Q 學(xué)習算法和 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行倒立擺控制，實現(xiàn)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在控制上的應(yīng)用。王衛(wèi)華在 1999 年，運用專家模糊控制，實現(xiàn)了單級倒立擺的動態(tài)控制。中國的大連理工大學(xué)李洪興教授領(lǐng)導(dǎo)的“模糊系統(tǒng)與模糊信息研究中心”暨復(fù)雜系統(tǒng)智能控制實驗室采用變論域自適應(yīng)模糊控制成功地實現(xiàn)了四級倒立擺【26】。是世界上第一個成功完成四級倒立擺實驗的國家。2003 年 將變論域自適應(yīng)模糊控制理論結(jié)合最優(yōu)控制理論和經(jīng)典 PID 控制理論的某些特點形成了具有高維PID 調(diào)節(jié)功能的變論域自適應(yīng)控制理論，實現(xiàn)了對平面三級倒立擺系統(tǒng)的實物控制。2005 年國防科技大學(xué)羅成教授等人利用基于 LQR 的模糊插值實現(xiàn)了五級倒立擺的控制【28】?，F(xiàn)在的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與預(yù)測控制算法的接合理論，擬人智能控制理論，云模型控制理論。由許多現(xiàn)代控制理論的研究人員一直將它視為典型的研究對象，不斷從中發(fā)掘出新的控制策略和控制方法，相關(guān)的科研成果在航天科技和機器人學(xué)方面獲得了廣闊的應(yīng)用。近年來，更加復(fù)雜多種形式的倒立擺系統(tǒng)成為控制理論研究領(lǐng)域的熱點。二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題 在對本課題的研究背景和意義及倒立擺的控制技術(shù)研究現(xiàn)狀，建立單級倒立擺控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型，及運動控制的數(shù)學(xué)模型。，學(xué)習模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的理論，分析兩者各自的優(yōu)缺點及相互結(jié)合的必然性和可行性。設(shè)計了倒立擺的模糊控制系統(tǒng)、設(shè)計控制器，控制器的設(shè)計是核心。最后利用 Matlab 、Simulink 進行仿真，分析仿真結(jié)果。建立一套嚴格的、系統(tǒng)的模糊神經(jīng)控制理論，以解決模糊控制的機理、穩(wěn)定性分析、系統(tǒng)化設(shè)計方法等一系列問題。在定義控制目標，模糊控制規(guī)則、論域的選取，模糊集的定義，量化因子的選取上作出改善。選取合理的查詢表構(gòu)造，或量化因子和比例因子，減小生振蕩現(xiàn)象。三、研究步驟、方法及措施 （1）建立單級倒立擺控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型。（2）單級旋轉(zhuǎn)倒立擺的數(shù)學(xué)模型的建立。在數(shù)學(xué)建模部分，將采用分析力學(xué)中的Lagrange方程來建立系統(tǒng)模型。（3）單級倒立擺的控制原理及方法的研究。采用模糊控制原理與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制原理相結(jié)合，設(shè)計模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，對系統(tǒng)進行控制。（4） 利用 Matlab 、Simulink 進行仿真，分析仿真結(jié)果。四、研究工作進度 第1～4周第5～8周第9～12周第13～16周第1718周應(yīng)完成的內(nèi)容倒立擺數(shù)學(xué)模型的建立學(xué)習Matlab智能控制工具箱設(shè)計控制器、控制算法實現(xiàn)仿真驗證撰寫論文，繪制大圖、準備答辯五、參考文獻1 夏瑋，李朝暉，常春藤，等．控制系統(tǒng)仿真與實例詳解［M］．北京：人民郵電出版社，20082 張小明．旋轉(zhuǎn)倒立擺系統(tǒng)控制方法的研究［D］．天津：天津大學(xué)，2005管鳳旭，王科?。枮I工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006，38（7）3 孫靈芳， 孔輝， 劉長國等. 倒立擺系統(tǒng)及研究現(xiàn)狀[J]. 機床與液壓， 2008，36(7):306～3104 張冬軍， 叢爽， 秦志強. 倒立擺控制系統(tǒng)研究綜述[J]. 固高科技研究生論文集第一輯， 2007，11(6):506～5095 李士勇 模糊控制、神經(jīng)控制和智能控制 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2002年版6 聞新， 周露， 李東紅等. 模糊邏輯工具箱的分析與應(yīng)用[M]. 北京:科技出版社，2001:112～1277 王立新，王迎軍. 模糊控制系統(tǒng)與模糊控制[M] . 北京:清華大學(xué)出版社，20038 陳 奎，吳愛國，張小明(天津大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院，天津)基于模糊策略的單級旋轉(zhuǎn)倒立擺控制9 張乃堯等. 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制[M]. 北京:清華大學(xué)出版社， 1998:198～19910 洪旭. 倒立擺系統(tǒng)模糊控制算法研究[D]. 西安:西安電子科技大學(xué)， 200511 Van der Linden G W，Lambrechts P F. H Control of an Experimental Inverted Pendulum with Dry Friction [J]. IEEE Control Systems，1993，13(4):44～5012 Shozo Mori， Huritisgu Nishihara， Katsytusa Furuta. Control of unstable mechanical system:Control of Pendulum[J]. International Journal of Control， 1976，23(5):673～69213 A. L. Fradkov， P. Y. Guzenko， D. J. Hill， A. Y. Pogromsky. Speed gradient control and passivity of nonlinear oscillators[C]. Proc. of IFAC symposium on Control of Nonlinear Systems， 1995:655～659 六、指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日七、系級教