倒立擺系統(tǒng)的模糊控制研究.pdf

1、倒立擺系統(tǒng)是個(gè)典型的多變量、非線性、強(qiáng)耦合的自然不穩(wěn)定系統(tǒng)。最近幾年一直是控制領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。對(duì)倒立擺系統(tǒng)地研究不僅具有很重要的理論意義，而且在研究雙足機(jī)器人直立行走，火箭發(fā)射過(guò)程的姿態(tài)調(diào)整和直升機(jī)飛行控制領(lǐng)域中也有指導(dǎo)性的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文圍繞一級(jí)直線倒立擺和二級(jí)直線倒立擺系統(tǒng)，從能量觀點(diǎn)出發(fā)，設(shè)計(jì)出能量起擺控制器，對(duì)一級(jí)倒立擺實(shí)現(xiàn)起擺拄制。設(shè)計(jì)模糊控制器分別對(duì)一級(jí)和二級(jí)倒立擺實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制。實(shí)物控制的成功進(jìn)一步證明了本文所

2、設(shè)計(jì)的控制器具有很好的穩(wěn)定性和抗干擾性.主要研究工作如下：
　　 1)建立了級(jí)、二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行定性分析。
　　 證明了倒立擺系統(tǒng)開(kāi)環(huán)是不穩(wěn)定的，但在平衡點(diǎn)是可控的。同時(shí)，從相對(duì)可控度方面指出了一級(jí)倒立擺的相對(duì)可控度要比一級(jí)倒立擺小很多，更難以控制。
　　 2)一級(jí)倒立擺的控制器設(shè)計(jì)。首先，從能量觀點(diǎn)出發(fā)，設(shè)計(jì)了起擺控制器。
　　 然后根據(jù)“擺桿不倒，小車穩(wěn)住”的原則，提出了雙模

3、糊控制器的控制策略和“虛擬角度”的概念，經(jīng)過(guò)仿真調(diào)試對(duì)重要的參數(shù)不斷尋優(yōu)。最后，進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，成功的把一級(jí)倒立擺從豎直向下的靜止?fàn)顟B(tài)，經(jīng)過(guò)起擺，最終穩(wěn)定在倒立平衡位置。
　　 3)一級(jí)倒立擺的控制器設(shè)計(jì)。因?yàn)槎?jí)倒立擺的狀態(tài)方程中有6個(gè)狀態(tài)變量，所以模糊控制器的設(shè)計(jì)要求更高，要求它的輸入維數(shù)不能太高，避免產(chǎn)生“規(guī)則爆炸”的問(wèn)題。規(guī)則必須有效而且完整。為此，基于LOR最優(yōu)二次理論，得出反饋矩陣，并以此構(gòu)造出了降維矩陣，把狀態(tài)變量進(jìn)