毕业论文（设计）倒立摆系统LQR模糊控制算法研究_精品.doc

毕业论文（设计）倒立摆系统LQR模糊控制算法研究 本文围绕三级倒立摆系统主要采用LQR一模糊控制理论研究了倒立摆的控制 系统仿真和实物系统控制问题倒立摆系统是一个典型的多变量非线性强祸 合和快速运动的自然不稳定系统因此倒立摆在研究双足机器人直立行走火箭 发射过程的姿态调整和直升机飞行控制领域中有重要的现实意义相关的科研成 果己经应用到航天科技和机器人学等诸多领域 本文设计思想是借助于系统的线性化模型设计三级倒立摆系统模糊控制器 这种方法将线性系统理论与模糊控制技术相结合将单一的复杂控制策略转化为 多级控制策略嵌套大大简化了三级倒立摆系统模糊控制器的设计步骤仿真与 实物实验证明了本文设计的LQR一模糊控制器有很好的稳定性鲁棒性和适应性 主要研究工作如下 建立了三级倒立摆实物系统的数学模型并对倒立摆系统进行了定性分析 从而证明了倒立摆系统开环是不稳定的但在平衡点是能控的和能观的同时指 出三级倒立摆的相对能控度很小说明其很难控制 进行了倒立摆系统的LQR控制方法研究运用最优控制理论探讨了加权矩 阵Q和R的选取方法介绍了如何利用Matlab建立倒立摆系统模型进行了三级 倒立摆的LQR控制器的设计与仿真并利用Simulink50建立了二级倒立摆的LQR 控制模型实现了二级倒立摆实物系统控制给出了二级倒立摆稳定时和受干扰 时各状态变量的响应曲线和控制量曲线以及倒立摆稳定时的照片 进行了LQR一模糊控制方法的研究运用最优控制方法设计了最优状态变量合 成函数减少模糊控制器的输入变量维数成功解决了 规则爆炸问题研究 了量化因子对控制效果的影响通过设置闽值使量化因子可以自动切换进而提 升了模糊控制器的性能品质 利用Matlab和Simulink工具进行了三级倒立摆模糊控制系统的仿真研究 该工具使模型的建立更具灵活性给仿真带来很大方便从而成功实现了多种情 况下的三级倒立摆LQR一模糊控制的仿真仿真结果证明LQR一模糊控制器不仅 可以稳定倒立摆系统还具有定位功能 关键词倒立摆 模糊控制 状态变量合成 计算机控制 Abstract Invertedpendulum system ismultivariablenonlinearstrong-couplingand instabilitynaturallyTheresearchofinvertedpendulumhasmanyimportantrealistic meaningintheresearchsuchasthewalkingofbipedrobotthelunchingprocessof rocketandflyingcontrolofhelicopterandmanycorrelativeproductionshas applicationsinthefieldoftechnologyofspaceflightandsubjectofrobot LQRFuzzycontroltheoryisintroducedtostudysimulationandthecontrolling probleminrealtimeofthreeinvertedpenduluminthispaperSuccessofcontrolof hardwarependulumsystemandsuccessofsimulationprovesthatthiscontrollerhas verygoodstabilityrobustnessandadaptabilityMainresearchworkisdeclaredbelow ThemathematicalmodelofthreeinvertedpendulumisproposedItisprovedthat open eontr invertedpendulum system isinstabilitybutitiscontrollableand observablea[ on equilibriumpointAtsametimethecontrollabilityofthreeinverted pendulumisverysmallsocontrolofthreeinvertedpendulumisverydifficult ResearchonLQRcontrolalgorithmofinvertedpendulum systemByusing o