| 【中文题名】 | 基于倒立摆系统的智能控制算法研究 |
| 【英文题名】 | Research on Intelligence Control Algorithm of Inverted Pendulum System |
| 【学科专业】 | 控制理论与控制工程 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-6-4 |
| 【中关键词】 | 倒立摆,模糊控制,融合函数,变结构控制,, |
| 【英关键词】 | Inverted pendulum,Fuzzy control,Fusion function,Variable structure control, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化基础理论>人工智能理论>> |
| 【论文摘要】 | 倒立摆系统作为研究控制理论的一种典型的实验装置，具有成本低廉，结构简单，物理参数和结构易于调整的优点，然而倒立摆系统本身所具有的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合特性，是一个绝对不稳定系统，必须采用十分有效的控制策略才能使之稳定。倒立摆系统是研究变结构控制，非线性控制，目标定位控制，智能控制等控制方法理想的实验平台。
本文围绕一级倒立摆系统和二级倒立摆系统，采用模糊控制和滑模变结构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。实物控制的成功进一步证明了本文设计的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：
1．建立了一级、二级倒立摆系统的数学模型，对倒立摆系统进行定性分析。并证明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。
2．倒立摆系统的模糊控制算法研究。运用最优控制方法设计了融合函数，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。
3．倒立摆系统的滑模变结构控制研究。运用常值切换和比例切换设计了倒立摆系统的滑模变结构控制器。
4．实现了倒立摆模糊控制系统和滑模变结构控制系统的仿真。仿真结果证... |
| 【论文题纲】 |
|
摘要 |
3-4 |
|
Abstract |
4-7 |
|
第一章 绪论 |
7-11 |
|
1.1 倒立摆研究意义 |
7 |
|
1.2 国内外研究情况简介 |
7-9 |
|
1.2.1 研究使倒立摆稳定的控制器 |
7-9 |
|
1.2.2 倒立摆自起摆 |
9 |
|
1.3 论文主要工作 |
9-11 |
|
第二章 倒立摆系统的建模和定性分析 |
11-25 |
|
2.1 倒立摆系统建模 |
11 |
|
2.2 倒立摆系统数学模型 |
11-21 |
|
2.2.1 一级倒立摆系统数学模型 |
11-15 |
|
2.2.2 二级倒立摆系统数学模型 |
15-21 |
|
2.3 倒立摆系统的定性分析 |
21-23 |
|
2.3.1 一级倒立摆系统定性分析 |
22 |
|
2.3.2 二级倒立摆系统定性分析 |
22-23 |
|
2.4 状态反馈矩阵K的计算 |
23-24 |
|
2.5 本章小结 |
24-25 |
|
第三章 模糊控制方法研究 |
25-35 |
|
3.1 模糊控制理论简介 |
25-27 |
|
3.1.1 模糊控制系统组成 |
25-26 |
|
3.1.2 模糊控制器的基本结构 |
26-27 |
|
3.2 倒立摆的模糊控制方法简介 |
27-28 |
|
3.3 融合技术和融合函数 |
28-30 |
|
3.3.1 融合技术 |
28 |
|
3.3.2 融合函数设计 |
28-30 |
|
3.4 模糊控制器设计 |
30-31 |
|
3.4.1 论域及基本论域 |
30 |
|
3.4.2 隶属度函数 |
30-31 |
|
3.4.3 去模糊化 |
31 |
|
3.5 量化因子比例因子对模糊控制器性能的影响 |
31-33 |
|
3.5.1 量化因子和比例因子 |
31-32 |
|
3.5.2 量化因子及比例因子的选择 |
32-33 |
|
3.6 本章小结 |
33-35 |
|
第四章 滑模变结构理论 |
35-45 |
|
4.1 滑模变结构控制 |
35-39 |
|
4.1.1 滑模变结构控制基本原理 |
36-38 |
|
4.1.2 滑模变结构控制理论研究方向 |
38-39 |
|
4.2 连续时间系统滑模控制 |
39-43 |
|
4.2.1 滑动模态的存在和到达条件 |
39-40 |
|
4.2.2 等效控制及滑动模态方程 |
40-41 |
|
4.2.3 滑模变结构控制匹配条件及不变性 |
41-42 |
|
4.2.4 滑模控制器设计基本方法 |
42-43 |
|
4.2.5 基于比例切换函数的滑模控制 |
43 |
|
4.3 倒立摆的滑模控制 |
43 |
|
4.4 本章小结 |
43-45 |
|
第五章 倒立摆系统的仿真研究 |
45-53 |
|
5.1 倒立摆模糊控制系统仿真 |
45-49 |
|
5.1.1 一级倒立摆系统仿真图 |
45-47 |
|
5.1.2 二级倒立摆模糊控制系统仿真 |
47-49 |
|
5.2 倒立摆的滑模变结构控制仿真 |
49-51 |
|
5.2.1 一级倒立摆的滑模变结构控制仿真 |
49-51 |
|
5.3 本章小结 |
51-53 |
|
第六章 倒立摆实物控制 |
53-61 |
|
6.1 倒立摆实物系统简介 |
53-54 |
|
6.2 倒立摆控制软件 |
54-57 |
|
6.3 倒立摆实时控制结果 |
57-60 |
|
6.3.1 一级倒立摆实验结果 |
57-59 |
|
6.3.2 二级倒立摆实验结果 |
59-60 |
|
6.4 本章小结 |
60-61 |
|
第七章 总结与展望 |
61-63 |
|
致谢 |
63-65 |
|
参考文献 |
65-69 |
|
作者在读期间的研究成果 |
69 |
|
| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.388527 |
