倒立擺論文倒立擺 模糊控制 PID控制 模糊PID控制 MATLAB仿真

1、【關鍵詞】倒立擺 模糊控制 PID控制 模糊PID控制 MATLAB仿真【英文關鍵詞】Inverted pendulum Fuzzy control PID control Fuzzy PID control MATLAB Simulation倒立擺論文：基于PID的二級倒立擺控制器的設計【中文摘要】二級倒立擺系統(tǒng)是一個具有多變量、強耦合性、高度非線性的不穩(wěn)定的系統(tǒng)，它可以反應出控制界當中的很多問題，例如：魯棒性、可鎮(zhèn)定性、跟蹤性等。在控制領域當中，有很多的不穩(wěn)定系統(tǒng)以及非線性系統(tǒng)，而倒立擺系統(tǒng)能夠?qū)@樣的系統(tǒng)進行檢驗，所以倒立擺系統(tǒng)是控制領域當中學者研究的熱點之一。倒立擺的控制方法也在軍事、

2、機器人等領域中得到了廣泛性的應用。第一章簡單介紹了倒立擺系統(tǒng)研究的歷史與現(xiàn)狀，并闡述了在不同時期所取得的成果。因為本文設計的是模糊PID控制器，所以在接下來的章節(jié)中我們首先要做的就是相關理論的準備工作。準備的內(nèi)容包括：PID理論、模糊理論等相關知識的介紹。之后用拉格朗日函數(shù)方法建立一個二級倒立擺的數(shù)學模型，根據(jù)這個模型求出它的狀態(tài)與輸出兩個方程，用現(xiàn)代控制理論對該系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可控制性、能觀測性進行分析，同時得到本系統(tǒng)的控制條件。第4章詳細的介紹了模糊自整定PID控制器的設計的過程，對模糊控制器的各個參數(shù)進行了說明，同時設計了模糊控制規(guī)則、推理過程等。第5章利用MATLAB語言，將我們設計的控

3、制器應用到第2章的二級倒立擺模型上，進行了仿真實驗。接著應用所設計的控制器對二級倒立擺系統(tǒng)進行了實際控制。模擬仿真跟實物控制兩者都證明，本文中我們所設計的模糊PID控制器性能優(yōu)越，穩(wěn)定程度較高。與常規(guī)的PID控制器相比，避免了手動調(diào)節(jié)參數(shù)過程的繁瑣以及在環(huán)境變化時參數(shù)不能及時變化以滿足系統(tǒng)要求的弊端。由此我們可以得出結論：本文所設計的控制方法要優(yōu)于單獨的模糊控制、PID控制，它是一種非常有效的控制方法，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，實現(xiàn)了系統(tǒng)的快速、無差控制?！居⑽恼緿ouble inverted pendulum is an instability system which has many

4、variable, strong coupling and nonlinear. The double inverted pendulum can effectively reflect many questions, such as robustness, stabilizability and tracking performance etc. There are many instability and nonlinear systems in this area, at the same time, inverted pendulum can tested such systems,

5、which is used in a control area and scholars frequently. The control methods of inverted pendulum were also widely used in military, robotics and other areas.In chapter2, we describe the research development status of inverted pendulum control system, and expatiate the control results in the differe

6、nt developing periods. Because the object is to design the fuzzy PID controller, we first do the preparatory work of the relevant theory, which include the introduction of the PID and fuzzy theory. In chapter3, we establish the mathematical model of inverted pendulum control system (state equation)

7、and by using modern control theory analysis the controllability, observability and stability of two level inverted pendulum system. In chapter4, the fuzzy PID controller design process is given, the fuzzy controller parameters are described and the fuzzy control rules and the reasoning process are d

8、eveloped. In chapter5, the fuzzy PID controller is applied to the double inverted pendulum model by using MATLAB as the simulation tool, and then the fuzzy PID controller is applied to the actual double inverted pendulum system.The simulation and physical experiment results show that the fuzzy PID c

9、ontroller has higher stabilizability. Compared to PID controller, the fuzzy PID controller can avoid the drawbacks of manual adjustment parameter and not timely changing the parameter to meet the system requirements. The fuzzy PID controller designed in this thesis is superior to a single fuzzy cont

10、rol and PID control, and it is a very effective control method and the fast control and no error control are gotten.【目錄】基于PID的二級倒立擺控制器的設計 摘要 3-4 Abstract 4 第一章 緒論 7-13 1.1 課題研究的意義 7-8 1.2 倒立擺研究歷史與現(xiàn)狀 8-9 1.3 倒立擺的控制規(guī)律 9-10 1.4 模糊PID控制的現(xiàn)狀分析與研究 10-11 1.5 論文主要工作 11-13 第二章 PID控制與模糊控制簡介 13-19 2.1 PID控制理論 1

11、3-15 經(jīng)典PID控制理論簡述 13-15 2.2 模糊控制理論 15-18 模糊控制原理 16 模糊控制器的組成及功能 16-18 2.3 本章小結 18-19 第三章 直線二級倒立擺數(shù)學模型的建立及分析 19-29 3.1 直線二級倒立擺的數(shù)學模型的推導 19-27 建立非線性數(shù)學模型 19-24 模型線性化處理 24-27 3.2 直線二級倒立擺的穩(wěn)定分析 27-28 3.3 本章小結 28-29 第四章 模糊自整定PID控制器的設計 29-43 4.1 模糊自整定PID控制器 29-30 4.2 參數(shù)自整定的想法 30-31 4.3 模糊控制器結構設計 31-42 輸入量模糊化和輸出量反模糊化 32-37 建立模糊控制規(guī)則 37-38 模糊推理 38-41 選擇采樣周