单片机控制的二级倒立

1、单片机控制的二级倒立摆系统的研究 指导老师：张振东 学 生：张建海1倒立摆作为一个被控对象，是一个高阶次、不稳定、多变量、非线性、强耦和的快速系统，只有采取行之有效的策略，才能使其稳定。因此，倒立摆是控制理论在教学和科研中不可多得的典型物理模型。 1课题研究的背景和意义2 2）通过对倒立摆系统的研究，不仅可以解决 控制中的理论问题，还能将控制理论所涉及的3个基础学科：力学、数学和电学（含计算机）有机的结合起来，在倒立摆系统中进行综合应用。33）近代机械控制系统中，如直升机、火箭发射、人造卫星运行及机器人举重物、做体操和行走机器人步行控制等等，都存在有类似倒立摆的控制问题。因此，倒立摆系统的研究

2、对于火箭飞行和机器人的研究有重要的实践意义。42国内外研究概况和发展趋势A.E.Bryson等在1970年对一级倒立摆进行控制获得成功。S.Mori等在1976年对悬挂式倒立摆获得成功。在国内，尹征琦等采用模拟调节器实现了对小车一二级倒立摆系统的稳定控制52001年6月，北京师范大学数学系李洪兴教授领导的科研团队公布并演示了他们的最新研究成果“四级倒立摆控制仿真实验”。经教育部组织包括3位院士在内的12位著名数学家对这一成果鉴定，认为这是一项原创性的具有国际领先水平的重大科研成果。62001年9月，北京师范大学数学系李洪兴教授领导的复杂系统实时智能控制实验室采用“变论域自适应模糊控制理论”成功

3、的实现了三级倒立摆实物系统控制，不但具有良好的稳定性和鲁棒性，还可使倒立摆小车行走到指定位置。7 发展趋势：随着智能控制的发展，科研人员把智能控制方法用到了倒立摆问题上。在倒立摆系统中主要用到的智能控制方法有：模糊控制（云模型）、规则控制、手动和仿人拟人智能控制、神经网络控制等。近年来，许多学者已经应用各种更样的控制方法（如自适应控制、最优控制、相平面分析以及Lyapunov函数方法等）对一级倒立摆系统和二级倒立摆系统进行了广泛的研究，取得了许多好的控制效果。83课题研究的内容及重点解决的问题 31研究内容二级倒立摆系统是由二级倒立摆和小车组成的具有一个自由度的系统。小车依靠直流电机施加控制力

4、在导轨上左右移动，其控制目标是在有限长度的导轨上使倒立摆能够竖立稳定在小车上而不倒，达到运动平衡状态。 9本课题设计和开发基于单片机的控制系统，采用状态空间法实现对二级倒立摆系统的控制，使倒立摆竖立稳定在小车上而不倒，达到其运动平衡状态。同时拟采用基于神经网络模型的智能预测控制算法实现对倒立摆系统的控制。1032重点解决的问题 1）单片机控制系统的开发 2）智能控制算法的研究114论文的进度与安排（1）文献检索2003.9-2003.10（2）理论研究2003.10-2003.12（3）方案对比2004.1-2004.3（4）硬件设计.2004.3-2004.9（5）软件设计.2004.9-2

5、004.10（6）试用.2004.10-2005.1（7）整理资料、撰写论文2005.1-2005.212主要5参考文献1 单波. 预测控制算法的应用 .华北电力大学学报，20022胡寿松自动控制原理国防工业出版社，19943 徐爱钧 彭秀华 单片机高级语言C51应用程序设计. 电子工业出版社， 19994刘豹现代控制理论机械工业出版社，19895郑大钟线性系统理论. 清华大学出版社，1989136Guang-chyan Hwang，Shih-Chang Lin，Stability Approach to Fuzzy ControlDesign for Nonlinear Systems，Fu

6、zzy Sets and Systems，1992，48，279-2877Li Deyi，Chen Hui，Fan Jianhua et al，A Novel Qualititive Control Method to Inverted Pendulum Systems，8 程府雁、钟国民、李友善二级倒立摆的参变量模糊控制，信息与控制，1995，24（3）；189-192149张飞舟，陈伟基，沈程智拟人智能控制三级倒立摆机理的研究，北京航空航天大学，1999，25（2），pp151-15510 张乃尧倒立摆的双闭环模糊控制 控制与决策. 1996，11（1）：8588 11 K.Furuta，

7、I.Okutani, H.Sone, Computer Control of A Double Inverted Pendulum. Comput.&Engng 1978，Vol5，pp.67-8412K.G.Eltohamy,C.Y.Kuo Real Time Stabilisation of a Triple Link Inverted Pendulum Using Single Control Input 1997 IEEE13秦继荣,沈安俊. 现代直流伺服控制技术及其系统设计. 机械工业出版社 1991 1514何立民. MCS-51系列单片机应用系统设计、系统配置与接口技术。北京航空航天大学出版社，198915李岩,姚旭东. 二级倒立摆控制系统分析. 沈阳工业学院学报 1999.6 Vol18 No.216李英姿,林耀海. 基于单片机实现的智能控制倒立摆. 计算机研究 2000.817K.Furata，H.Kajiwara and K.Kosuge，Digital Control of a Double Inverted Pendulum on an Inclined Rail，Int.J.Control，1980，Vo