倒立擺模糊控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)畢業(yè)設計(參考版)
2025-07-02 10:08本頁面
【正文】 。在此我還需要感謝的是我的父母，因為他們在我求學的道路上給予我支持與理解，正因為有了他們的支持和理解才使我更加努力的學習，珍惜這來之不易的求學機會。剛開始的時候真的不知道從何做起，自己看了參考資料，特別是看到模糊控制器的設計這一塊時，覺得模糊控制好難！每次拿著我在做論文中遇到的問題去請教藍老師，藍老師總是不厭其煩的幫我講解，從而使自己慢慢的對該論文有了一定的思路，通過自己的不斷努力和藍老師的精心指導。在本文即將完成之際， 首先我要感謝的是我的導師藍艇老師，感謝他在這段時間對我論文的指導與關心。[16]沈鵬，倒立擺系統(tǒng)的控制與研究[D]，碩士論文，遼寧科技大學，2007。[14]孫建軍,王仲民，倒立擺實驗系統(tǒng)與最優(yōu)控制算法研究[J]，天津職業(yè)技術師范學院學報,2004,154(4):5052。[12]王俊，基于倒立擺的三種控制策略的研究[D]，碩士論文，湖北工業(yè)大學，2008。[4]馮曉君，劉鳳然，郭磊，吳龍?zhí)?，[J].北方工業(yè)大學學報，2003,15（3）：5963[5]郭釗俠，方建安，[J].東華大學學報（自然科學版），2003,29（2）：122126[6]丁莉芬，[J].鄭州輕工業(yè)學院學報，2009,24（4）：152~160.[7]于懷博，最優(yōu)控制理論在倒立擺系統(tǒng)中的應用研究[D]，碩士論文，華中科技大學，2007。隨著新型制造業(yè)的興起與發(fā)展和網(wǎng)絡信息技術的進步，自動化控制技術的發(fā)展和應用將進入一個嶄新的美好時代。通過此次畢業(yè)設計使我對多輸入多輸出的問題有了較全面的了解，以前我們所掌握的經(jīng)典控制理論，只是討論單輸入單輸出的控制問題。通過倒立擺實時控制實驗，得出了在不同情況下實驗結果。運用牛頓力學法的分析方法建立數(shù)學模型，因為倒立擺系統(tǒng)數(shù)學模型計算量較小、也比較簡單，同時為了得出倒立擺系統(tǒng)的線性狀態(tài)方程，我們對此進行了線性化處理，如忽略了空氣阻力和各種摩擦力，而這種忽略這在理論上是可行的，因為在理想的狀態(tài)下完全可以做到上述情況，況且我們也可以通過MATLAB仿真實驗來驗證其可行性。 5 總結本論文針對多個變量的倒立擺系統(tǒng)， 首先是建立在對倒立擺的背景的研究和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析的基礎上，運用最優(yōu)控制理論和方法，對倒立擺系統(tǒng)的模型和控制器的設計等問題進行了較深入的分析與研究。與仿真的圖形相比，實驗數(shù)據(jù)更加準確反應了小車的實際運動情況。當給倒立擺突加一個擾動信號之后，該系統(tǒng)仍然具有很好的穩(wěn)定性。如果給的干擾越大，則小車的移動范圍就越大。從而可以得出倒立擺當其處于垂直時其能夠保持穩(wěn)定性。控制平臺：控制平臺主要由一臺IBMPC和插在PC中的GM400運動控制卡所組成的，GM400運動控制卡能實現(xiàn)高性能的控制計算。小車由電動機通過同步帶驅(qū)動在滑桿上來回運動，從而保持倒立擺擺桿平衡。當系統(tǒng)飛車、間距不合理時，我們都可以通過控制開關從而來切斷電源。倒立擺系統(tǒng)包含電控箱、倒立擺本體、控制平臺以及一些傳輸線所組成。 3一級倒立擺T—S模糊控制器的設計 模糊控制系統(tǒng)的構成與計算機控制系統(tǒng)具有很大的相同點，該系統(tǒng)框圖如下圖所示：A/D模糊控制D/A傳感器執(zhí)行機構控制對象圖31控制系統(tǒng)框圖模糊控制器的設計是一個及其重要的技術問題，其設計的內(nèi)容包括以下6個方面—S模糊控制器的形式模糊模型的控制規(guī)則的形式如下： Ri：If is and is ……and is then =+++……+…… F(X)= = 其中（i=1，2，3，4，5，6.....R）表示第i條模糊規(guī)則；【 .....】是模糊控制器的輸入變量；(j=1,2.....n)為第j個輸入變量；為模糊集合；為模糊控制器第i條規(guī)則的輸出；為模糊控制器的輸出，采用平均法解模糊化是第i條規(guī)則的定義為連乘的滿足度；表示對的滿足度，是定義在輸入變量上論域上隸屬度函數(shù)，我選擇的Sugeno模糊模型最大的特點是模糊語言變量和隱含條件數(shù)目少，而且有利于對系統(tǒng)的分析。利用MATLAB程序?qū)刂葡到y(tǒng)進行了可控性分析，從而證明系統(tǒng)是可以控制的。我們可以通過MATLAB軟件來計算出系統(tǒng)式完全可控性和輸出可控性 從以上程序運行的結果可以得知，如果一個系統(tǒng)可控，則該系統(tǒng)完全可控性矩陣的秩應該與系統(tǒng)的變量維數(shù)相等，以及輸出完全可控性矩陣的秩與輸出向量Y的維數(shù)也是相等的，因此我們可以對系統(tǒng)進行控制器的設計,從而使倒立擺系統(tǒng)處于穩(wěn)定的狀態(tài)。對于線性定常系統(tǒng)狀態(tài)完全可控的充分必要條件是rank=n其中，n為矩陣A的維數(shù)；S=稱為系統(tǒng)的可控性判別陣。在我們所學習的《自動控制原理》中第九章線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與綜合。合并方程組(22)第二個方程和方程組(24)的第二個方程，消去P和N，得到系統(tǒng)另一個個運動方程： (26)因為，而從圖中可以看到是倒立擺擺桿與垂直向上方向的夾角，當非常小，比1弧度還要小，那么可以將近似看成0，那么可以將公式近似處理成：，將小車收到的力F用來表示，就可以列出2個運動學方程線性化，可得方程組： （27） 對上式方程組（2—9）進行拉普拉斯變換，可得方程組：
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