關于一級倒立擺的模糊控制

1、關于一級倒立擺的模糊控制 班級：12級電氣工程及其自動化2班 學號：2012330301139 姓名：呂杰 1.倒立擺模糊控制的研究 倒立擺一般有兩種起始狀態(tài)的控制。一種是在擺桿自然下垂，豎直向下為起始狀態(tài)，通過不斷的擺動,最終使其穩(wěn)定在豎直向上的不穩(wěn)定點,這種控制叫做起擺穩(wěn)定控制,也即DOWN-UP控制；另一種是用手提起擺桿,在不穩(wěn)定平衡點處開始實行控制,稱作穩(wěn)定控制,也即UP-UP控制。倒立擺系統(tǒng)也是一個復雜的、非線性的、不穩(wěn)定的高階系統(tǒng)。倒立擺的控制一直是控制理論及應用的典型課題。為了解決這個問題，張乃堯等提出雙閉環(huán)的倒立擺模糊控制方案，內環(huán)控制倒立擺的角度，外環(huán)控制倒立擺的位移。范醒哲

2、等人將這一方法推廣到三級倒立擺控制系統(tǒng)中，并提出兩種模糊串級控制方案，用來解決倒立擺這類多變量系統(tǒng)模糊控制時的規(guī)則爆炸問題。2.位置模糊控制器的設計 位置模糊控制器是二維模糊控制器，以小車位移誤差e和小車速度誤差ec為該模糊控制器的輸入，u為輸出量。位移誤差e,控制輸出速度誤差ec，u的論域均選為6,4,2,0,2,4,6采用七級分割，表示為NB,NM,NS.ZO,PS,PM,PB。圖1-1模糊關系的建立在進行模糊推理運算時，采用Mamdani的max-min合成算法，而輸出量的解模糊運算則采用常用的重心法。通過該模糊控制規(guī)則,實現(xiàn)了小車的位移和速度的輸入到虛擬角的輸出。從而間接控制了小車的位

3、置。還要注意到,由于位置控制器先運行,然后是角度控制器工作,兩者串行工作,很好的解決了實時性的問題。圖1-2模糊規(guī)則的確定圖1-3 模糊規(guī)則的建立位移誤差e的實際范圍為-0.6,0.6，單位為m,規(guī)定Kel=10。速度誤差ec實際范圍為-1,1,單位為m/s規(guī)定Kecl=1。只討論平衡點附近30°的倒立擺的穩(wěn)定，輸出量（虛擬角）實際范圍為-30°,30°，-0.52,0.52,單位rad,規(guī)定Kul=0.09。利用simulink建立模型：2.角度模糊控制器的設計角度模糊控制器是二維模糊控制器，以擺角偏差e和偏差變化率ec為該模糊控制器的輸入，u為輸出量。位移誤差

4、e,控制輸出速度誤差ec，u的論域均選為6,4,2,0,2,4,6采用七級分割，表示為NB,NM,NS.ZO,PS,PM,PB。圖2-1模糊控制器關系建立圖2-2模糊規(guī)則的確定擺角偏差的實際范圍為-30°,30°，也即-0.52，0.52,單位為rad，規(guī)定Ke2=11.5。偏差變化率的實際范圍為-1.2,1.2,單位為rad/s,規(guī)定Kec2=5。輸出控制量在范圍-120,120內，單位為N，Ku2=20。Simulink模型建立：3.穩(wěn)定控制器的結合據(jù)穩(wěn)定控制器設計思想把位置模糊控制器乘以一個虛擬系數(shù),作為虛擬角輸入到角度模糊控制器,這樣,把位置和角度模糊控制器有機結合,從而可以使倒立擺在期望位置處穩(wěn)定。把位置模糊控制器和角度模糊控制器進行封裝：在建立模型以后，最后仿真的過程中，并沒有得到理想的圖像。經(jīng)過多次的修改參數(shù)和設計，最終還是因為方案比較復雜，個人的能力有限，非常遺憾地以失敗告終。于是我又決定選擇一個比較簡單的模糊控制器進行仿真，得到了穩(wěn)定的圖像。以下是選擇的一個相對簡單的模型進行設計仿真：通過參數(shù)的改變和修正，最終得到趨于穩(wěn)定的圖像：4.心得體會 本次實驗仿真花費了幾乎一整天的時間，從資料的收集到模糊控制器的建立，以及模型建立和仿真。期間遇到了各種各樣的問題，通過和同學討論以及網(wǎng)絡的