关于一级倒立摆的模糊控制

1、关于一级倒立摆的模糊控制 班级：12级电气工程及其自动化2班 学号：2012330301139 姓名：吕杰 1.倒立摆模糊控制的研究 倒立摆一般有两种起始状态的控制。一种是在摆杆自然下垂，竖直向下为起始状态，通过不断的摆动,最终使其稳定在竖直向上的不稳定点,这种控制叫做起摆稳定控制,也即DOWN-UP控制；另一种是用手提起摆杆,在不稳定平衡点处开始实行控制,称作稳定控制,也即UP-UP控制。倒立摆系统也是一个复杂的、非线性的、不稳定的高阶系统。倒立摆的控制一直是控制理论及应用的典型课题。为了解决这个问题，张乃尧等提出双闭环的倒立摆模糊控制方案，内环控制倒立摆的角度，外环控制倒立摆的位移。范醒哲

2、等人将这一方法推广到三级倒立摆控制系统中，并提出两种模糊串级控制方案，用来解决倒立摆这类多变量系统模糊控制时的规则爆炸问题。2.位置模糊控制器的设计 位置模糊控制器是二维模糊控制器，以小车位移误差e和小车速度误差ec为该模糊控制器的输入，u为输出量。位移误差e,控制输出速度误差ec，u的论域均选为6,4,2,0,2,4,6采用七级分割，表示为NB,NM,NS.ZO,PS,PM,PB。图1-1模糊关系的建立在进行模糊推理运算时，采用Mamdani的max-min合成算法，而输出量的解模糊运算则采用常用的重心法。通过该模糊控制规则,实现了小车的位移和速度的输入到虚拟角的输出。从而间接控制了小车的位

3、置。还要注意到,由于位置控制器先运行,然后是角度控制器工作,两者串行工作,很好的解决了实时性的问题。图1-2模糊规则的确定图1-3 模糊规则的建立位移误差e的实际范围为-0.6,0.6，单位为m,规定Kel=10。速度误差ec实际范围为-1,1,单位为m/s规定Kecl=1。只讨论平衡点附近30°的倒立摆的稳定，输出量（虚拟角）实际范围为-30°,30°，-0.52,0.52,单位rad,规定Kul=0.09。利用simulink建立模型：2.角度模糊控制器的设计角度模糊控制器是二维模糊控制器，以摆角偏差e和偏差变化率ec为该模糊控制器的输入，u为输出量。位移误差

4、e,控制输出速度误差ec，u的论域均选为6,4,2,0,2,4,6采用七级分割，表示为NB,NM,NS.ZO,PS,PM,PB。图2-1模糊控制器关系建立图2-2模糊规则的确定摆角偏差的实际范围为-30°,30°，也即-0.52，0.52,单位为rad，规定Ke2=11.5。偏差变化率的实际范围为-1.2,1.2,单位为rad/s,规定Kec2=5。输出控制量在范围-120,120内，单位为N，Ku2=20。Simulink模型建立：3.稳定控制器的结合据稳定控制器设计思想把位置模糊控制器乘以一个虚拟系数,作为虚拟角输入到角度模糊控制器,这样,把位置和角度模糊控制器有机结合,从而可以使倒立摆在期望位置处稳定。把位置模糊控制器和角度模糊控制器进行封装：在建立模型以后，最后仿真的过程中，并没有得到理想的图像。经过多次的修改参数和设计，最终还是因为方案比较复杂，个人的能力有限，非常遗憾地以失败告终。于是我又决定选择一个比较简单的模糊控制器进行仿真，得到了稳定的图像。以下是选择的一个相对简单的模型进行设计仿真：通过参数的改变和修正，最终得到趋于稳定的图像：4.心得体会 本次实验仿真花费了几乎一整天的时间，从资料的收集到模糊控制器的建立，以及模型建立和仿真。期间遇到了各种各样的问题，通过和同学讨论以及网络的