【正文】 rities or uncertainties, they are limited in their ability to improve the transient response. In this paper, a nonlinear fuzzy PID control method is suggested, which can stably improve the transient responses of systems disturbed by nonlinearities or unknown mathematical characteristics. Although the derivation of the control law is based on design procedure for general fuzzy logic controllers, the resultant control algorithm has analytical form with varying PID gains rather than linguistic form. This means the implementation of the proposed method can be easily and effectively applied to realtime control situations. Control simulations are carried out to evaluate the transient performance of the suggested method through example systems, by paring its responses with those of the nonlinear fuzzy PI control method developed in.Key words: nonlinear and uncertain systems fuzzy logic controller fuzzy PID control time varying PID gains.目錄1 引言………………………………………………………………………… 1 問題的提出及研究意義……………………………………………………………… 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀…………………………………………………………………… 2 課題中面臨的問題以及工作重點(diǎn)…………………………………………………… 42. 倒立擺系統(tǒng)………………………………………………………………………………6 單級(jí)倒立擺的數(shù)學(xué)模型………………………………………………………… 6 系統(tǒng)和傳遞函數(shù)的推導(dǎo)…………………………………………………………… 83 現(xiàn)代控制理論在倒立擺平臺(tái)上的應(yīng)………………………………………………… 10 基于倒立擺的PID控制器設(shè)計(jì)分析………………………………………………… 10 現(xiàn)代控制理論在倒立擺平臺(tái)上的應(yīng)用……………………………………………… 12 基于Segeno模糊建模及控制器的設(shè)計(jì)……………………………………………… 23結(jié)論 …………………………………………………………………………………… 29致謝 …………………………………………………………………………………… 30參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………31倒立擺系統(tǒng)是非線性、強(qiáng)耦合、多變量和自然不穩(wěn)定的系統(tǒng)，在控制過程中它能有效地反應(yīng)諸如可鎮(zhèn)定行、魯棒性、隨動(dòng)性以及跟蹤等許許多多的控制中的關(guān)鍵問題，是檢驗(yàn)各種控制理論的理想模型。南 京 理 工 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)作 者:楊鵬學(xué) 號(hào)：0810190242學(xué)院(系):自動(dòng)化專 業(yè):電氣工程及其自動(dòng)化題 目:基于TS模糊模型的倒立擺智能控制及仿真研究 教授 周川指導(dǎo)者： 評(píng)閱者： 2011年6月畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要倒立擺系統(tǒng)是一個(gè)典型的多變量、非線性、強(qiáng)耦合和快速運(yùn)動(dòng)的自然不穩(wěn)定系統(tǒng)，因此倒立擺在研究雙足機(jī)器人、火箭發(fā)射過程的姿態(tài)調(diào)整和直升機(jī)飛行控制領(lǐng)域中有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文圍繞著一級(jí)倒立擺系統(tǒng)，采用PID、LQR、極點(diǎn)配置法以及fuzzy等控制方法對(duì)倒立擺進(jìn)行控制模擬以及系統(tǒng)仿真，運(yùn)用牛頓力學(xué)和Lagrange方程對(duì)倒立擺進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，推導(dǎo)出倒立擺系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和狀態(tài)空間方程，同時(shí)運(yùn)用matlab simulink環(huán)境建立各種控制的倒立擺系統(tǒng)模型，進(jìn)行一級(jí)倒立擺系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)以及仿真。正是由于倒立擺系統(tǒng)在控制理論研究中的典型地位，國內(nèi)許多大學(xué)都配置了倒立擺實(shí)物模型，用于本科生的教學(xué)實(shí)驗(yàn)以及研究生的課題研究。由于這幾個(gè)工作階段的獨(dú)立性，實(shí)驗(yàn)者很難深入?yún)⑴c到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中，高校落后的實(shí)驗(yàn)體系越來越難以滿足開展現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)的要求，、航天及軍事上的成功應(yīng)用，提出了利用 MATLAB RTW（Real Time Workshop）技術(shù)構(gòu)建一個(gè)倒立擺控制系統(tǒng)硬件在回路仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)想，希望直接將Simulink生成的仿真模型下載到目標(biāo)實(shí)時(shí)內(nèi)核中運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)外部硬件設(shè)備，在線調(diào)整參數(shù)，讓系統(tǒng)開發(fā)者和實(shí)驗(yàn)者能夠自由地往返于各個(gè)工作階段，螺旋式地完成開發(fā)和實(shí)驗(yàn)。由于倒立擺系統(tǒng)的控制策略和雜技運(yùn)動(dòng)員頂桿平衡表演的技巧有異曲同工之處，極富趣味性，而且許多抽象的控制理論概念如系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可控性和系統(tǒng)的抗干擾能力等等，都可以通過倒立擺系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)直觀的表現(xiàn)出來，因此在歐美發(fā)達(dá)國家的高等院校，非常的直觀、簡(jiǎn)便，在輕松的實(shí)驗(yàn)中對(duì)所學(xué)的課程加深了理解。首先根據(jù)經(jīng)典控制理論與現(xiàn)代控制理論應(yīng)用極點(diǎn)配置法，設(shè)計(jì)模擬控制器，多級(jí)倒立擺由于其高度非線形和不確定性，數(shù)學(xué)模型越難精確推導(dǎo)，加上系統(tǒng)本身的非線形以及某些不確定性，把人工智能的方法引入控制系統(tǒng)，、“變論域自適應(yīng)模糊控制理論”成功地實(shí)現(xiàn)了全球首例“四級(jí)倒立擺實(shí)物系統(tǒng)控制” . 而由此項(xiàng)理論產(chǎn)生的方法和技術(shù)將在半導(dǎo)體及精密儀器加工、機(jī)器人技術(shù)、導(dǎo)彈攔截控制系統(tǒng)、航空器對(duì)接控制技術(shù)等方面具有廣闊的開發(fā)利用前景。目前有關(guān)倒立擺的研究主要集中在亞洲，如中國的北京師范大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、中國科技大學(xué)、日本的東京工業(yè)大學(xué)、東京電機(jī)大學(xué)、東京大學(xué)、韓國的釜山大學(xué)、忠南大學(xué)，此外俄羅斯的圣彼得堡大學(xué)、美國的東佛羅里達(dá)大學(xué)、俄羅斯科學(xué)院、波蘭的波茲南技術(shù)大學(xué)、雖然各種新型倒立擺不斷問世，但是可自主研發(fā)生產(chǎn)倒立擺裝置的廠家并不多，目前國內(nèi)廠家還包跨（韓國）奧格斯科技發(fā)展有限公司和加拿大Quanser公司（FT2840型倒立擺）、保定航空技術(shù)事業(yè)有限公司，最近，鄭州微納科技有限公司的微納科技直線電機(jī)倒立擺的研制取得了成功。2)在火箭等飛行器的飛行過程中，為了保持其正確的姿態(tài)，要不斷進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。5) 為防止單級(jí)火箭在拐彎時(shí)斷裂而誕生的柔性火箭(多級(jí)火箭)， ，火箭飛行控制和各類伺服云臺(tái)穩(wěn)定有很大相似性，因此對(duì)倒立擺控制機(jī)理的研究具有重要的理論和實(shí)踐意義。1）模糊控制經(jīng)典的模糊控制器利用模糊集合理論將專家知識(shí)或操作人員經(jīng)驗(yàn)形成的語言規(guī)則直接轉(zhuǎn)化為自動(dòng)控制策略(專家模糊規(guī)則查詢表)，其設(shè)計(jì)不依靠對(duì)象精確數(shù)學(xué)模型，而是利用其語言知識(shí)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)和修正控制算法. 程福雁等運(yùn)用模糊規(guī)則控制，將現(xiàn)代控制理論與模糊控制理論相結(jié)合，將成熟的現(xiàn)代控制理論用于模糊控制器中處理多變量問題，是一種可行的方法和思路。首先難以建立一組比較完善的多維模糊控制