模糊控制在倒立摆系统中的应用研究

admin · 发表于 2022-8-28 14:04:29

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本文分别在系统建模方法，稳定控制方法和自摆起控制方法上，对直线倒立摆和吊摆进行了详细的应用研究；并将一级倒立摆设备进行硬件改造使之能够进行二级倒立摆的自摆起和稳定控制。具体工作如下：通过建立N级直线倒立摆各种模态的非线性模型及其广义模型，使控制器设计更加有效，其中N级吊摆和DOWN-UP模态的N级倒立摆数学模型是本文首次建立的；使用MATLAB的SimMechanics模块集搭建倒立摆的非线性仿真模型，很方便的解决倒立摆控制器有效性验证的题目，使实物控制更加有效；使用极点配置和LQR方法设计出了一级和二级的倒立摆和吊摆的控制器并通过仿真验证了控制器的有效性；通过对仿真结果的鲁棒性分析，得出摆杆长度对控制效果的影响，为实物设计提供依据；结合现代控制理论和数据融合技术，很好地解决了倒立摆模糊控制器的“规则爆炸”题目；在模糊控制器论域的选择上，本文给出较为实用的方法，解决了模糊控制器论域难以确定的题目；结合不对称控制的思想从不同角度对一级倒立摆的自摆起能量控制器成功做出了改进，使摆杆迅速摆起的同时保证小车位移在平衡点附近运动；结合模糊推理设计出模糊切换控制器，使一级倒立摆的自摆起控制器向稳定控制器的切换时做到无扰切换；实现了对一级倒立摆的自摆起和稳定控制的仿真，并取得了很好的效果；利用MATLAB的RTW工具，进行实时控制软件设计，成功实现了一级和二级的倒立摆和吊摆的联合实物控制。这样既能进行倒立摆的自摆起和稳定控制，又能进行吊摆的稳定控制，还能丰富倒立摆实验，方便倒立摆调试工作。本文通过上述工作在实物控制上取得了很好的效果，验证了基于SimMechanics仿真模型在倒立摆控制系统中的优势，这为以后的控制算法研究打好了基础。

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