【正文】 nation of fuzzy control algorithm of optimal control theory and design of fuzzy controller. With matlab/simulink tool Simulation Study on fuzzy control system of Rotary Inverted Pendulum， the final results proved that the design of fuzzy controller can be achieved on stability control of Inverted Pendulum systems. Keywords rotational inverted pendulum； linear quadratic optimal control； State Fusion function； fuzzy control III 目 錄 摘要 ....................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................ II 第 1 章 緒論 ........................................................................................................ 1 課題背景 ............................................................................................... 1 倒立擺研究發(fā)展現(xiàn)狀 ........................................................................... 1 倒立擺系統(tǒng)的控制算法 ....................................................................... 2 經(jīng)典控制理 論的方法 .................................................................... 2 現(xiàn)代理論控制方法 ......................................................................... 2 智能控制方法 ................................................................................ 3 本課題研究的主要內(nèi)容 ....................................................................... 5 第 2 章 倒立擺系統(tǒng)的定性分析和數(shù)學(xué)建模 .................................................... 6 倒立擺系統(tǒng)的特性分析 ....................................................................... 6 倒立擺系統(tǒng)的建模 ............................................................................... 7 旋轉(zhuǎn)倒立擺的控制結(jié)構(gòu)分析 ........................................................ 7 數(shù)學(xué)模型的建立 ............................................................................ 8 本章小結(jié) ...............................................................................................11 第 3 章 倒立擺 LQR 控制器的設(shè)計(jì)與仿真 ...................................................... 12 LQR 控制器的設(shè)計(jì)與調(diào)節(jié) ............................................................... 12 LQR 控制器的仿真研究 ..................................................................... 14 本章小結(jié) .............................................................................................. 17 第 4 章 模糊控制原理與模糊控制器設(shè)計(jì) ...................................................... 18 模糊控制理論的基本知識(shí) ................................................................. 18 模糊控制的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) ................................................................... 18 模糊控制系統(tǒng)的特點(diǎn) ................................................................... 19 模糊控制器基本原理 .......................................................................... 20 模糊控制器設(shè)計(jì) ................................................................................. 21 模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .............................................................. 22 IV 精確量的模糊化方法 ...................................................................23 模糊推理 .......................................................................................24 模糊量的去模糊化 .......................................................................26 本章小結(jié) ..............................................................................................27 第 5 章 倒立擺系統(tǒng)模糊控制器的設(shè)計(jì)與仿真 ...............................................29 狀態(tài)變量融合設(shè)計(jì) ..............................................................................29 狀態(tài)變量融合技術(shù) ........................................................................29 ....................................................29 基于變量融合模糊控制器的設(shè)置 ......................................................31 量化因子和比例因子 ..........................................................................35 基于變量融合模糊控制器的仿真 ......................................................36 本章小結(jié) ...............................................................................................39 結(jié)論 .....................................................................................................................41 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................42 致謝 .....................................................................................................................45 附錄 1 開題報(bào)告 ................................................................................................46 附錄 2 文獻(xiàn)綜述 ................................................................................................50 附錄 3 中期報(bào)告 ………………………………………………………………………… ..52 附錄 4 外文譯文及其復(fù)印件 ............................................................................55 第 1章 緒論 1 第 1章 緒論 課題背景 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(jī)制與控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性密切相關(guān)。用 Matlab/Simulink 工具對(duì)旋轉(zhuǎn)倒立擺模糊控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，最后結(jié)果證明：所設(shè)計(jì)的模糊控制器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。首先利用線性二次最優(yōu)控制對(duì)倒立擺進(jìn)行了穩(wěn)定控制仿真研究，求得最優(yōu)狀態(tài)反饋陣；為了解決控制中的“規(guī)則爆炸”問題，引入了融合技術(shù)。為了克服模糊控制中存在的不足之處，引入了線性二次最優(yōu)控制和狀態(tài)變量融合函技術(shù)。摘要 I 畢業(yè)論文 倒立擺智能控制算法的研究 摘要 倒立擺是典型的多變量、非線性、強(qiáng)耦合的自然不穩(wěn)定系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)選用單級(jí)旋轉(zhuǎn)倒立擺，采用模糊控制的智能算法進(jìn)行倒立擺的穩(wěn)定控制研究。論文主要工作如下： 采用用拉格朗日方程建模法建立旋轉(zhuǎn)式倒立擺系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，并對(duì)其線性化得到系統(tǒng)的狀態(tài)方程。本文所使用的融合技術(shù)是根據(jù)線性二 次最優(yōu)控制原理，計(jì)算出倒立擺系統(tǒng)的狀態(tài)反饋矩陣，生成轉(zhuǎn)換狀態(tài)向量的融合函數(shù)，采用融合技術(shù)設(shè)計(jì) “線性融合函數(shù)”將最優(yōu)控制理論與模糊控制算法的結(jié)合起來設(shè)計(jì)模糊控制器。 關(guān)鍵詞 單級(jí)旋轉(zhuǎn)倒立擺；線性二次最優(yōu)控制；狀態(tài)融合函數(shù)；模糊控制 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II Abstract Inverted pendulum is a typical ， multivariable. inverted pendulum nonliner， Intelligent algorithm based on fuzzy control research on stability of Inverted Pendulum control. In order to overe the deficiencies in the fuzzy control， and introduces linear quadratic optimal control and status variables fusion technology. Main work of the thesis is as follows: The mathematical model of the inverted pendulum with Lagrange equation is deduced. First， by using linear quadratic optimal c