直线一级倒立摆系统的模糊控制器设计与分析.docx

摘要：直线一级倒立摆系统因其所具有的非线性、多变量、强耦合、不稳定等特性，是用来检验快速非线性系统的控制方法是否合理的一种常用工具[1]，控制过程中的许多关键问题能够通过它反映出来，是研究控制理论的平台。倒立摆研究在很多研究方面具有深远的意义，在航天、机器人等诸多领域之中，一直将倒立摆研究作为控制理论和应用的研究热点[2]。

本文在参考的相关文献基础上，将直线一级倒立摆作为此次研究的主体部分，选择合适的控制方法对其进行控制研究。本文欲设计一个模糊控制器对直线一级倒立摆系统进行控制，仿真实验通过MATLAB中的simulink工具库进行。主要进行以下工作：

1.建立一级倒立摆的线性化数学模型，建立其动力学方程后对其快速性、稳定性分析。

2.倒立摆系统的模糊控制器设计，对倒立摆模糊规则的建立和模糊控制算法的设计。

3.基于模糊控制理论，建立直线一级倒立摆系统的simulink仿真模型，通过观察仿真波形，对仿真结果进行分析。

通过仿真结果可以看出，模糊控制器对直线一级倒立摆的平衡控制有着突出的效果。学习倒立摆的模糊控制方法，可以为将控制理论与实践结合起来，可以更加直观的理解控制理论[3]。

关键词：直线一级倒立摆；模糊控制；MATLAB仿真

目录

摘要

Abstract

第一章  绪论-1

1.1引言-1

1.2课题研究背景及意义-1

1.3倒立摆的分类与特性-1

1.4倒立摆系统的发展及现状-1

1.5课程研究的主要内容-2

1.6本章小结-2

第二章  直线一级倒立摆系统的建模与分析-3

2.1直线一级倒立摆数学建模-3

2.2直线一级倒立摆系统的性能分析-6

2.2.1系统的稳定性分析-6

2.2.2系统的能控性分析-7

2.2.3系统的能观测性分析-8

2.3本章小结-8

第三章   直线一级倒立摆系统的模糊控制器设计-9

3.1模糊控制器的组成与原理-9

3.2直线一级倒立摆模糊控制系统设计-10

3.3本章小结-15

第四章  直线一级倒立摆的模糊控制器仿真实验-16

4.1直线一级倒立摆模糊控制器仿真系统设计-16

4.2仿真试验结果与分析-17

4.3本章小结-21

第五章  直线一级倒立摆的模糊控制与其他控制方法的比较试验与分析-22

5.1直线一级倒立摆PID控制方法的仿真实验-22

5.1.1PID控制简介-22

5.1.2基于试凑法的PID控制器设计-22

5.2模糊控制与PID控制的仿真结果比较-26

5.3本章小结-28

第六章  总结与展望-29

6.1全文总结-29

6.2展望-29

致  谢-31

参考文献-32