基于t-s模糊模型的倒立擺智能控制及仿真研究畢業設計-全文預覽

　　

【正文】 定控制問題。從這些文獻中可以看出，常規的模糊控制器的設計方法有很大的局限性。3)通信衛星在預先計算好的軌道和確定的位置上運行的同時，要保持其穩定的姿態，使衛星天線一直指向地球，使它的太陽能電池板一直指向太陽.4)偵察衛星中攝像機的輕微抖動會對攝像的圖像質量產生很大的影響，為了提高攝像的質量，必須能自動地保持伺服云臺的穩定，消除震動。對倒立擺這樣的一個典型被控對象進行研究，更重要的是實現其控制穩定的過程中不斷發現新的控制方法，探索新的控制理論，并且可以促成相互間的有機結合。 研究意義及應用前景倒立擺的控制方法在軍工、航天、機器人領域和一般工業過程中都有著廣泛的用途，如機器人行走過程中的平衡控制、火箭發射中的垂直度控制和衛星飛行中的姿態控制等均涉及到倒置問題，因此對倒立擺系統的研究在理論和方法論上均有著深遠的意義。關鍵詞：倒立擺 控制器 PID控制 matlab simulink 仿真畢業設計說明書（論文）外文摘要Title A fuzzy PID controller for nonlinearand uncertain systemsAbstractIn order to systems that contain nonlinearities or uncertainties, control strategies must deal with the effects of these. Since most control methods based on mathematical models have been mainly focused on stability robustness against nonlinearities 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 國內外研究現狀…………………………………………………………………… 2 課題中面臨的問題以及工作重點…………………………………………………… 42. 倒立擺系統………………………………………………………………………………6 單級倒立擺的數學模型………………………………………………………… 6 系統和傳遞函數的推導…………………………………………………………… 83 現代控制理論在倒立擺平臺上的應………………………………………………… 10 基于倒立擺的PID控制器設計分析………………………………………………… 10 現代控制理論在倒立擺平臺上的應用……………………………………………… 12 基于Segeno模糊建模及控制器的設計……………………………………………… 23結論 …………………………………………………………………………………… 29致謝 …………………………………………………………………………………… 30參考文獻…………………………………………………………………………………31倒立擺系統是非線性、強耦合、多變量和自然不穩定的系統，在控制過程中它能有效地反應諸如可鎮定行、魯棒性、隨動性以及跟蹤等許許多多的控制中的關鍵問題，是檢驗各種控制理論的理想模型。本文圍繞著一級倒立擺系統，采用PID、LQR、極點配置法以及fuzzy等控制方法對倒立擺進行控制模擬以及系統仿真，運用牛頓力學和Lagrange方程對倒立擺進行數學建模，推導出倒立擺系統的傳遞函數和狀態空間方程，同時運用matlab simulink環境建立各種控制的倒立擺系統模型，進行一級倒立擺系統的控制器設計以及仿真。由于這幾個工作階段的獨立性，實驗者很難深入參與到實驗設計過程中，高校落后的實驗體系越來越難以滿足開展現代化實驗的要求，、航天及軍事上的成功應用，提出了利用 MATLAB RTW（Real Time Workshop）技術構建一個倒立擺控制系統硬件在回路仿真實驗平臺的構想，希望直接將Simulink生成的仿真模型下載到目標實時內核中運行，驅動外部硬件設備，在線調整參數，讓系統開發者和實驗者能夠自由地往返于各個工作階段，螺旋式地完成開發和實驗。首先根據經典控制理論與現代控制理論應用極點配置法，設計模擬控制器，多級倒立擺由于其高度非線形和不確定性，數學模型越難精確推導，加上系統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，、“變論域自適應模糊控制理論”成功地實現了全球首例“四級倒立擺實物系統控制” . 而由此項理論產生的方法和技術將在半導體及精密儀器加工、機器人技術、導彈攔截控制系統、航空器對接控制技術等方面具有廣闊的開發利用前景。2)在火箭等飛行器的飛行過程中，為了保持其正確的姿態，要不斷進行實時控制。1）模糊控制經典的模糊控制器利用模糊集合理論將專家知識或操作人員經驗形成的語言規則直接轉化為自動控制策略(專家模糊規則查詢表)，其設計不依靠對象精確數學模型，而是利用其語言知識模型進行設計和修正控制算法. 程福雁等運用模糊規則控制，將現代控制理論與模糊控制理論相結合，將成熟的現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。2) 神經網絡控制80年代以來，神經網絡逐漸被運用于倒立擺系統的研究。3) 模糊神經網絡控制與傳統的神經網絡不同，模糊神經網絡中的結構和權值有一定的物理意義，它的結構和初始權值可根據先驗知識人為的加以選擇。4) 基于遺傳算法的控制方法