倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)-在線瀏覽
2024-08-09 10:08本頁面
【正文】 如下： (25)注意：此方程中力矩的方向，由于，故等式前面有負(fù)號(hào)。要想對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性的判斷，就要對(duì)上述狀態(tài)空間表達(dá)式中的變量進(jìn)行賦值，賦值如下：實(shí)際系統(tǒng)的模型參數(shù)如下：M 小車質(zhì)量 m 擺桿質(zhì)量 l 擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)軸心到桿質(zhì)心的長度 I 擺桿慣量 *m*mb 小車摩擦系數(shù) 以小車加速度作為輸入的系統(tǒng)狀態(tài)方程： (225) (226) 我們?cè)谧鰧?shí)驗(yàn)的時(shí)候，固高科技所有提供的控制器設(shè)計(jì)和程序中，采用的都是以小車的加速度作為系統(tǒng)的輸入。得出了判定系統(tǒng)可控的方法。系統(tǒng)的輸出可控性的條件為：當(dāng)且僅當(dāng)矩陣的秩等于輸出向量y的維數(shù)。 本章小結(jié)本章根據(jù)倒立擺系統(tǒng)的實(shí)物，通過牛頓力學(xué)方法建立倒立擺系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并推導(dǎo)倒立擺系統(tǒng)在平衡位置的線性狀態(tài)方程。可控性主要與系統(tǒng)的本身性質(zhì)有關(guān)，如:擺桿的長度，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小等物理因素有關(guān)。一級(jí)倒立擺有4個(gè)輸入變量，分別為角度、角速度、位置、和速度，設(shè)其論域分別為 角度 ； 1 角速度 1 ；3 位置 3 ； 6 速度 6因?yàn)橐患?jí)倒立擺的每個(gè)輸入變量有2個(gè)模糊集合，然后對(duì)每一個(gè)輸入變量使用中型模糊化gauss2mf，角度，角速度，位置，速度的隸屬度函數(shù)分別如圖下圖所示： 圖 3 1：輸入變量角度的隸屬度函數(shù) 圖 3 2輸入變量角速度的隸屬度函數(shù) 圖 3 3：輸入變量位移的隸屬度函數(shù) 圖 3 4 ：輸入變量速度的隸屬度函數(shù) 一級(jí)倒立擺模糊控制器總共有4個(gè)輸入變量，每個(gè)輸入變量有2個(gè)模糊規(guī)則，所以控制模糊的規(guī)則有16條，模糊控制的語言規(guī)則和規(guī)則后者條件表如下所示：表 3 1 角速度角度 速度/位置負(fù)負(fù) 負(fù)正 正負(fù) 正正負(fù)負(fù) F1F2F3F4負(fù)正F5F6F7F8 正負(fù)F9F10F11F12 正正F13F14F15 F16表32規(guī)則A1A2A3A4A51 02030414．3505060708090100110120130140150160在Matlab/Simulink軟件中設(shè)計(jì)模糊控制的語言規(guī)則如下圖所示： 圖35Matlab/Simulink軟件中設(shè)計(jì)模糊控制的語言規(guī)則4 倒立擺實(shí)時(shí)控制實(shí)驗(yàn) 倒立擺實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡介 本實(shí)驗(yàn)的控制裝置是由固高科技有限公司開發(fā)的直線倒立擺系統(tǒng)。電氣控制箱：電氣控制箱內(nèi)安裝有如下主要部件：開、交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、關(guān)電源、I/O接口板、開關(guān)和接口插座等電氣元件組成。直線倒立擺本體：本體主要由基座、同步帶、交流伺服電機(jī)、帶輪、滑套、滑臺(tái)、增量式光電編碼器、行程開關(guān)、滑竿、擺桿等組成。角編碼器和電機(jī)編碼器主要是用來向運(yùn)動(dòng)控制卡反饋小車和擺桿位置(線位移和角位移)。固高直線倒立擺控制系統(tǒng)硬件框圖如圖41所示： 圖41 直線倒立擺控制系統(tǒng)硬件框圖 倒立擺模糊控制實(shí)驗(yàn)在MATLAB/Simulink平臺(tái)上建立倒立擺 模糊實(shí)時(shí)控制模塊如圖42所示：圖42直線倒立擺模糊實(shí)時(shí)控制模塊設(shè)置如上圖所示給定值時(shí),得到系統(tǒng)的輸出響應(yīng)曲線如圖43所示： 如圖43：輸出響應(yīng)曲線 圖44模糊控制規(guī)則窗 圖45輸出量的曲面圖當(dāng)給定是一個(gè)正弦信號(hào)時(shí)（sin（x））一級(jí)倒立擺的simulink模型如圖所示 改變給定值及輸入波形,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示： 圖46輸出響應(yīng)曲線在MATLAB/Simulink平臺(tái)上建立倒立模糊實(shí)時(shí)控制模塊如圖47所示圖47實(shí)物直線倒立擺模糊實(shí)時(shí)控制模塊完成仿真模塊后，首先通過編譯，然后運(yùn)行仿真模塊，倒立擺就可以擺動(dòng)了，當(dāng)?shù)沽[擺桿轉(zhuǎn)180度，使倒立擺垂直向上，并觀察倒立擺是否能夠保持垂直向上，最后我們運(yùn)行倒立擺的時(shí)候，通過仿真可以得到輸出的擺桿角度以及小車位移的仿真結(jié)果，如圖48 和圖49 圖48小車位移仿真圖 圖49擺桿角
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