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基于倒立摆系统的模糊控制算法研究
作 者: 王旭东
导 师: 过润秋
学 校: 西安电子科技大学
专 业: 控制理论与控制工程
关键词: 二级倒立摆 最优控制 模糊控制
分类号: TP273.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
倒立摆是一个典型的多变量、非线性、强耦合的自然不稳定系统。本文以二级倒立摆模型为研究对象。本文阐述了倒立摆系统控制算法的研究发展过程和现状,采用拉格朗日方程推导数学模型,并对系统的可控性可观性以及控制的难易程度进行了分析。本文主要研究倒立摆系统的现代控制方法以及智能控制方法,用LQR最优控制方法、模糊控制理论设计了控制器。具体内容有以下几点:第一,运用LQR最优控制方法设计融合函数减少模糊控制器的输入变量维数,成功解决了信息爆炸问题,利用利用专家知识设计Mamdani型模糊控制器的隶属度函数和模糊规则,通过MATLAB及SIMULINK仿真两个控制器,分析并指出两种方法的优缺点,仿真结果表明:智能控制策略不仅能满足非线性系统的控制要求,而且能明显改善控制指标,整个系统具有更好的动态特性。第二,利用阙值函数改变量化因子和比例因子,提高了控制精度。第三,设计了两种形式的论域伸缩因子,实现了变论域模糊控制,取得了较好的仿真控制效果。第四,设计了一种并联的模糊控制器,增强对小车位移的控制。第五,设计了一种新型的、更为简单的模糊控制器,达到了与mamdani型模糊控制器一致的控制效果。最后,结论部分对本课题的意义、目的和工作内容进行总结。
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全文目录
摘要 3-4 Abstract 4-7 第一章 绪论 7-15 1.1 倒立摆系统简介 7-9 1.2 倒立摆系统的控制算法 9-11 1.3 倒立摆研究发展现状 11-13 1.4 小结 13-15 第二章 倒立摆系统建模 15-19 2.1 二级倒立摆系统的结构及工作原理 15-16 2.2 二级倒立摆系统建模 16-17 2.3 小结 17-19 第三章 二级倒立摆最优控制器设计 19-31 3.1 最优控制简介 19-20 3.2 二级倒立摆系统性能分析 20-23 3.2.1 稳定性分析 21 3.2.2 能控性能观性分析 21-23 3.3 线性二次型最优调节器原理 23-25 3.4 二级倒立摆 LQR 控制仿真 25-28 3.5 二级倒立摆 LQR 实时控制 28-30 3.6 小结 30-31 第四章 模糊控制器设计 31-43 4.1 模糊控制理论的基本知识 31-39 4.1.1 模糊控制概况 31-32 4.1.2 模糊集合 32-34 4.1.3 知识库 34 4.1.4 模糊化 34-35 4.1.5 模糊推理 35-37 4.1.6 精确化(反模糊化) 37-39 4.2 模糊控制器设计的步骤与原则 39-41 4.3 小结 41-43 第五章 二级倒立摆系统模糊控制器设计 43-71 5.1 倒立摆模糊控制的基本思想 43 5.2 基于变量融合的模糊控制器设计 43-49 5.3 量化因子和比例因子 49-51 5.4 基于变量融合的模糊控制器仿真 51-69 5.4.1 常规模糊控制器仿真 51-54 5.4.2 可变量化因子、比例因子模糊控制器仿真 54-56 5.4.3 变论域模糊控制器 56-61 5.4.4 并联 Mamdani 型模糊控制器 61-63 5.4.5 一种线性模糊控制器 63-66 5.4.6 T-s 型模糊控制器 66-69 5.5 小结 69-71 第六章 总结与展望 71-73 致谢 73-75 参考文献 75-78
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统 > 模糊控制、模糊控制系统
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