倒立摆系统控制方法的研究与设计

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论文以计算机物体(即倒立摆)为控制对象,研究它运动的控制方法。采用模糊控制理论研究了倒立摆的系统控制并仿真,且和PID控制器作比较,进一步证明了本文设计的模糊控制器有很好的稳定性和适用性。主要研究工作如下:1、运用牛顿力学分析方法建立了一级倒立摆系统的数学模型。并对倒立摆系统进行定性分析。证明了倒立摆系统是开环不稳定的,但在平衡点是能观的和能控的,可以对系统进行控制器的设计,使系统稳定。2、通过建立模糊规则,研究倒立摆系统的模糊控制算法。本文把摆杆的角度和角速度作为输入量,单独组成一个角度控制器;把小车的位置和速度作为输入量,组成另一个位置控制器。从而实现“摆体不倒,小车停住”的总体控制目标。3、倒立摆模糊控制仿真。本文利用Simulink建立倒立摆系统模型,实现了倒立摆模糊控制系统的仿真。仿真结果表明:模糊控制器不仅可以使摆杆稳定,还可以使小车稳定在特定位置。本文分别设计倒立摆的位置模糊控制器和角度模糊控制器,最终又将其有机结合起来,组成一个完整的模糊控制器,并成功运用是本文的创新。
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