非线性系统模糊控制器设计.doc

摘要:非线性系统控制器的设计采用古典控制理论来实现，往往控制效果难以保证，但模糊理论给它提供了新的想法，在非线性系统中倒立摆是最典型的例子，所以本文采用倒立摆为被控对象进行研究。

本次毕业设计设计首先是对倒立摆进行了大致的了解，然后采用数学建模的方法得到他的线性化模型和方程,运用MATLAB程序仿真的到倒立摆的开环响应曲线进行分析，然后针对其系统的特性来设计控制器。为了很好的掌握控制器的方法，首先先设计倒立摆PID控制器并用Simulink实现仿真。PID控制器所需要达到的目标是：给定倒立摆一个初始角度，经PID控制器调节使摆杆和小车平衡在0的位置且不产生过大的稳态误差。然后设计倒立摆的模糊控制器，模糊控制器所需达到的目标是：给定倒立摆一个初始角度，经模糊控制器的调节使摆杆和小车平衡在0的位置,调节时间不超过6s。然后对比两种控制方式的优缺点，设计出倒立摆模糊控制的GUI界面。

关键词：一阶倒立摆；数学模型；PID控制；模糊控制；GUI界面

目录

摘要

Abstract

1.-绪论-1

1.1课题背景-1

1.2 一阶倒立摆国内外研究现状-1

1.3 一阶倒立摆控制方法简介-2

1.4本论文主要工作-4

2.-一阶倒立摆数学模型-5

2.1一阶倒立摆系统组成及工作原理-5

2.2一阶倒立摆数学模型-6

2.2.1倒立摆受力分析-6

2.2.2倒立摆传递函数及空间函数-9

2.2.3倒立摆稳定性分析-10

2.3本章小结-11

3.-倒立摆PID控制分析-12

3.1 PID控制器基本介绍-12

3.2倒立摆PID控制器设计-13

3.3倒立摆PID Matlab仿真-14

3.3.1 Matlab简介-14

3.3.3 系统仿真与分析-15

3.4本章小结-16

4.-模糊控制及模糊控制器分析-18

4.1模糊控制及控制器组成-18

4.4.1模糊控制系统组成-18

4.1.2模糊控制器组成-18

4.2模糊控制器设计方法-19

4.2.1精确量模糊化-19

4.2.2模糊量清晰化-20

4.3本章小结-21

5.-倒立摆模糊控制器与GUI界面设计-22

5.1 倒立摆模糊控制器设计-22

5.1.1位移控制器设计-22

5.1.2角度控制器设计-24

5.2倒立摆模糊控制仿真-25

5.3倒立摆GUI界面设计-28

5.3.1 Matlab gui界面介绍-28

5.3.2设计界面及编程-28

5.4本章小结-30

结    论-31

参 考 文 献-32

附录 Gui界面程序-33

致    谢-35