【正文】 1516周：編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文和準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。 0611周：建立級(jí)倒立擺動(dòng)力學(xué)模型，完成模糊PID控制器模塊的設(shè)計(jì)，在matlab中完成仿真。 0203周：了解本課題設(shè)計(jì)要求，針對(duì)倒立擺系統(tǒng)學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。本文模仿人類(lèi)簡(jiǎn)化問(wèn)題的思路，將單一的復(fù)雜控制策略轉(zhuǎn)化為多級(jí)簡(jiǎn)單控制策略嵌套，通過(guò)分離變量的方法設(shè)計(jì)控制器。范醒哲等人將這一方法推廣到三級(jí)倒立擺控制系統(tǒng)中，并提出兩種模糊串級(jí)控制方案，用來(lái)解決倒立擺這類(lèi)多變量系 統(tǒng)模糊控制時(shí)的規(guī)則爆炸問(wèn)題。而對(duì)于二級(jí)倒立擺有6個(gè)狀態(tài)變量，推理規(guī)則會(huì)達(dá)到117649，顯然如此多的規(guī)則是不可能實(shí)現(xiàn)的。對(duì)一級(jí)倒立擺的穩(wěn)定控制而言，模糊控制方法是一種比較優(yōu)秀的解決途徑，魯棒性較好。智能控制方法源自于人類(lèi)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，不需要精確的數(shù)學(xué)模型，是當(dāng)前應(yīng)用較廣的控制方法。 三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）研究方案及工作計(jì)劃（含工作重點(diǎn)與難點(diǎn)及擬采用的途徑）研究方案 一級(jí)倒立擺系統(tǒng)由導(dǎo)軌，小車(chē)和一級(jí)擺桿組成，小車(chē)依靠直流電機(jī)施加的控制力，可以在導(dǎo)軌上左右移動(dòng)，其位移和擺桿角度信息由傳感器測(cè)得，目標(biāo)是使倒立擺在有限長(zhǎng)的導(dǎo)軌上豎立穩(wěn)定，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，即不超過(guò)一個(gè)預(yù)先定義好的垂直偏離角度范圍。倒立擺系統(tǒng)不僅在高科技領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，人們還可以通過(guò)倒立擺這樣一個(gè)嚴(yán)格的控制對(duì)象，檢驗(yàn)新的控制方法是否有較強(qiáng)的處理多變量、非線性和絕對(duì)不穩(wěn)定系統(tǒng)的能力。圓形軌道倒立擺實(shí)物系統(tǒng)控制的實(shí)現(xiàn)要比直線運(yùn)動(dòng)倒立擺實(shí)物系統(tǒng)控制的實(shí)現(xiàn)困難得多；這不僅是因?yàn)檫@樣的系統(tǒng)其變量、非線性程度及不穩(wěn)定性成倍地增加，而且有關(guān)機(jī)械和電子器件的實(shí)現(xiàn)或選用會(huì)遇到瓶頸性的困難。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，被控對(duì)象日趨復(fù)雜，對(duì)控制性能的要求也日趨提高，直線倒立擺已不能滿足復(fù)雜系統(tǒng)的需要，由此產(chǎn)生了圓形軌道倒立擺。 此前，實(shí)現(xiàn)的一級(jí)至四級(jí)倒立擺均為直線運(yùn)動(dòng)倒立擺。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)實(shí)時(shí)智能控制實(shí)驗(yàn)室采用變論域自適應(yīng)模糊控制理論，于2001年9月實(shí)現(xiàn)了三級(jí)倒立擺實(shí)物系統(tǒng)控制后，又于2002年8月11日在世界上首次成功實(shí)現(xiàn)了四級(jí)倒立擺實(shí)物控制系統(tǒng)。王琳等采用模糊小腦模型控制器仿真控制了單級(jí)倒立擺。胡叔旖、孫增沂應(yīng)用基于規(guī)則的方法實(shí)現(xiàn)了二級(jí)倒立擺的穩(wěn)定控制。王衛(wèi)華采用專家模糊控制解決單級(jí)倒立擺的穩(wěn)定問(wèn)題。模糊智能控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是智能控制的重要方面，它們?cè)诘沽[系統(tǒng)的控制上起到了很大的作用。倒立擺系統(tǒng)是一個(gè)難以控制的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，隨著級(jí)數(shù)的增加，控制難度加大。二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)（文獻(xiàn)綜述） 到目前為止，人們己經(jīng)利用包括經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論以及各種智能控制理論在內(nèi)的各種手段先后實(shí)現(xiàn)了倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。其典型性在于：作為實(shí)驗(yàn)裝置，它本身具有成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、物理參數(shù)和結(jié)構(gòu)易于調(diào)整、便于模擬、形象直觀的優(yōu)點(diǎn)；作為被控對(duì)象，它是一個(gè)具有高階次、不穩(wěn)定、多變量、非線性和強(qiáng)藕合特性的不穩(wěn)定系統(tǒng)，可以有效地反映控制中的許多問(wèn)題；作為檢測(cè)模型，該系統(tǒng)的特點(diǎn)與機(jī)器人、飛行器、起重機(jī)穩(wěn)鉤裝置等的控制有很大的相似性。文章主要完成了：一級(jí)倒立擺動(dòng)力學(xué)模型和模糊PID控制器模塊的設(shè)計(jì)，確定了輸入輸出信號(hào)的論域、隸屬度函數(shù)和模糊規(guī)則，最后利用Matlab中的simulink工具箱創(chuàng)建了基于模糊控制理論的一級(jí)倒立擺系統(tǒng)的simulink仿真模型，對(duì)倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行分析。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）材料之二（2）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告題目：一級(jí)倒立擺的模糊控制 課 題 類(lèi) 型： 設(shè)計(jì)□ 實(shí)驗(yàn)研究□ 論文□ 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 3090201214專 業(yè) 班 級(jí)： 自動(dòng)化092學(xué) 院： 電氣工程學(xué)院指 導(dǎo) 教 師： 開(kāi) 題 時(shí) 間： 2013年3月2013 年3月10日一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容及研究意義（價(jià)值）在控制理論發(fā)展的過(guò)程中，一種理論的正確性及在實(shí)際應(yīng)用中的可行性，往往需要一個(gè)典型對(duì)象來(lái)驗(yàn)證，并比較各種控制理論之間的優(yōu)劣，倒立擺系統(tǒng)就是這樣一個(gè)可以將理論應(yīng)用于實(shí)際的理想實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。本論文在參考大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，建立了一級(jí)倒立擺系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了穩(wěn)定性、可控性分析，指出一階倒立擺的開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定性。仿真結(jié)果證明模糊PID控制不僅可以穩(wěn)定倒立擺系統(tǒng)，還使小車(chē)穩(wěn)定在平衡位置附近，證明了本文設(shè)計(jì)的模糊PID控制器有良好的穩(wěn)定性、魯棒性和適應(yīng)性倒立擺系統(tǒng)能有效地反映諸如鎮(zhèn)定性、魯棒性、隨動(dòng)性等許多控制中的關(guān)鍵問(wèn)題，是檢驗(yàn)各種控制理論的理想模型。對(duì)倒立擺因此對(duì)倒立擺控制機(jī)理的研究具有非常重要的理論和實(shí)踐意義。隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，又陸續(xù)出現(xiàn)了對(duì)一級(jí)、二級(jí)甚至多級(jí)倒立擺的穩(wěn)定控制。在這樣復(fù)雜的控制對(duì)象面前，把人工智能的方法引入到控制系統(tǒng)中，就為解決倒立擺控制問(wèn)題提出了新的方向。程福雁等將傳統(tǒng)控制理論與模糊控制相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了對(duì)二級(jí)倒立擺的穩(wěn)定控制。張乃堯等人采用模糊雙閉環(huán)的方案，成功的對(duì)單級(jí)倒立擺進(jìn)行了穩(wěn)定控制。劉妹琴、陳際達(dá)等采用遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制了單級(jí)倒立擺。1994年8月，北京航空航天大學(xué)自動(dòng)化系張明廉教授、沈程智教授領(lǐng)導(dǎo)的人工智能小組，采用擬人智能控制模仿人面對(duì)同樣問(wèn)題的解決思路，成功實(shí)現(xiàn)了單電機(jī)控制三級(jí)平面運(yùn)動(dòng)倒立擺的控制。在對(duì)倒立擺系統(tǒng)的研究過(guò)程中新的控制理論的不斷出現(xiàn)，使現(xiàn)有的控制理論得到了不斷的完善和發(fā)展。直線運(yùn)動(dòng)倒立擺實(shí)現(xiàn)的是在一個(gè)平面上的擺動(dòng)，軌道較長(zhǎng)、傳動(dòng)環(huán)節(jié)較多、占地空間較大，實(shí)踐中常常由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的故障或誤差，而不是控制方法本身的問(wèn)題導(dǎo)致平衡控制失敗。圓形軌道倒立擺實(shí)現(xiàn)了上、下、左、右、前、后任何方向的擺動(dòng)，與傳統(tǒng)的直線軌道倒立擺相比，圓形軌道倒立擺具有控制精度高、功能多、結(jié)構(gòu)緊湊、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，所以圓形軌道倒立擺比傳統(tǒng)的直線軌道倒立擺更具有競(jìng)爭(zhēng)力和應(yīng)用價(jià)值。因此，圓形軌道倒立擺實(shí)物系統(tǒng)是控制領(lǐng)域研究的重要課題之一。近年來(lái)，人們對(duì)倒立擺的研究越來(lái)越感興趣，倒立擺的種類(lèi)也變得豐富多樣。因此，倒立擺系統(tǒng)作為控制理論研究中的一種比較理想實(shí)驗(yàn)手段常常用來(lái)檢驗(yàn)控制策略的效果。面對(duì)一級(jí)倒立擺系統(tǒng)這樣一個(gè)非線性、不穩(wěn)定的復(fù)雜被控對(duì)象，其控制方法主要有三類(lèi)：線性控制、預(yù)測(cè)控制、智能控制。在倒立擺系統(tǒng)中應(yīng)用的智能控制方法有：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、仿人智能控制、擬人智能控制以及云模型控制。 在研究倒立擺這類(lèi)多變量非線性系統(tǒng)的模糊控制時(shí)，一個(gè)難題就是規(guī)則爆炸，比如一級(jí)倒立擺的控制涉及的狀態(tài)變量共有4個(gè)，每個(gè)變量的論域作7個(gè)模糊集的模糊劃分，這樣，完備的推理規(guī)則庫(kù)會(huì)包含2401個(gè)推理規(guī)則。 為了解決這個(gè)問(wèn)題，張乃堯等提出雙閉環(huán)的倒立擺模糊控制方案，內(nèi)環(huán)控制倒立擺的角度，外環(huán)控制倒立擺的位移。shulinagLei和RezaLnagari應(yīng)用分級(jí)思想，將x，dx/dt,θ,dθ/dt4個(gè)狀態(tài)變量分成兩個(gè)子系統(tǒng)，分別用兩個(gè)模糊控制器控制，然后來(lái)協(xié)調(diào)子系統(tǒng)之間的相互作用。工作計(jì)劃 0102周：安排畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)劃，分配設(shè)計(jì)任務(wù)。 0405周：完成開(kāi)題報(bào)告以及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握，掌握倒立擺系統(tǒng)仿真的整體思路，收集整理matlab仿真所需的資料。 1114周：完善控制效果，分析輸出結(jié)果，得出仿真結(jié)論；翻譯英文文獻(xiàn)資料。主要參考文獻(xiàn)（不少于10篇，期刊類(lèi)文獻(xiàn)不少于7篇，應(yīng)有一定數(shù)量的外文文獻(xiàn)，至少附一篇引用的外文文獻(xiàn)（3個(gè)頁(yè)面以上）及其譯文） [1][M].哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)出版社,2002.[2][M].：國(guó)防工業(yè)出版社，2004.[3][M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.[4]周其鑒,李祖樞,[J].信息與控制,2006(2):3945.[5]劉朝英，[J].計(jì)算機(jī)仿真,2001,18（3）：1113.[6]李永強(qiáng)，[J].現(xiàn)代機(jī)械，2006，2(3)：100103.[7]倪桂杰,[J].自動(dòng)化儀表,2002,23(3):710[8]高飛,[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1998,25（3）：369373[9]Lee C Logic in Controll Systems:Fuzzy I,Part I[J].IEEE SMC,1990,20(2):404435.[10]Bezdek J. Fuzzy ModelsWhat Are They,and Why? [J].IEEE Trans on FuzzySystems，1993,1（1）：16.[11] Mario E. Magana and Frank Holzapfel[J].IEEE Trans on Education,1998,2(4):4144.FuzzyLogic Control of an Inverted Pendulum with Vision FeedbackMario E. Magana and Frank HolzapfelAbstract— In this paper we present an