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一级倒立摆模糊控制
摘 要
倒立摆是一个典型的多变量、高阶、非线性、强耦合本征不稳定系统。因此,倒立摆主要应用于火箭发射过程的姿态调整和直升机飞行控制领域中。
本论文在参考大量文献的基础上,建立了级倒立摆系统的模型,对系统进行了稳定性、可控性分析级倒立摆系统PID控制不仅可以稳定倒立摆系统,还使小车稳定在平衡位置附近,证明了本文设计的模糊PID控制器有良好的稳定性、鲁棒性和适应性。
关键词:倒立摆,PID控制,MATLAB,模糊控制
The Fuzzy Control of an Linear Inverted Pendulum
ABSTRACT
Handstand pendulum is a typical multivariable and high order, nonlinear and strong coupling eigen unstable system. Therefore, inverted pendulum is mainly used in the process of the rocket attitude adjustment and helicopter flight control field.
This thesis in reference on the basis of a large number of documents, a level inverted pendulum mathematic model of the system, and the stability of the system is analyzed and controllable, and points out that the first-order handstand pendulum open-loop instability. This article mainly completed: level inverted pendulum dynamics model and fuzzy PID controller module design, confirmed the input and output signal of domain, the membership function and fuzzy rules, and use of Matlab toolbox of simulink based on fuzzy control theory to create the level inverted pendulum system simulink7.1 simulation model for inverted pendulum system is analyzed. The simulation results prove that the fuzzy PID control can not only stable inverted pendulum system, but in the stable equilibrium position proved in this paper, near the fuzzy PID controller design has good stability and robustness and adaptability.
Keywords: inverted pendulum, PID control, MATLAB, the fuzzy control
目 录
前 言 1
第1章 绪论 2
1.1 倒立摆系统简介 2
1.2倒立摆的发展 3
1.3本论文的主要工作 4
第2章 一级倒立摆系统的结构及其数学模型 6
2.1 一级倒立摆的系统组成 6
2.2 数学模型 6
2.2.1 系统的受力分析 6
2.3 一级倒立摆的可控性分析 10
第3章 倒立摆系统的经典与现代控制算法设计 11
3.1一级倒立摆系统的PID控制算法设计 11
3.1.1 理论分析 11
第4章 模糊控制 14
4.1 模糊控制的背景知识 14
4.2 模糊控制基本思想 14
4.2.1 模糊集合及其运算 15
4.2.2 模糊集合的运算 15
4.3 模糊逻辑及近似计算 17
4.3.1 模糊逻辑 17
4.3.2 近似推理 18
4.3.3 合成运算方法的选择 18
4.3.4 句子连接关系的逻辑运算 19
第5章 倒立摆系统的模糊控制算法设计 20
5.1 模糊控制器的基本结构和组成 20
5.2 模糊控制的机构介绍 22
5.2.1 单输入-单输出模糊控制器结构 22
5.2.2 多输入-多输出模糊控制器 23
5.3 一级倒立摆的模糊控制器的设计
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