毕业设计_基于模糊算法的倒立摆控制算法设计

电子科技大学中山学院毕业设计论文倒立摆系统的自调式模糊算法设计学院名称：机电工程学院专业名称：自动化学生姓名：黄晓康学号：2011100102019指导老师：黎萍摘要倒立摆控制系统是一个复杂的、不稳定的、非线性系统，是进行控制理论教学及开展各种控制实验的理想实验平台。倒立摆系统涉及到多变量，非线性，强耦合的自然不稳定性问题。对于倒立摆系统的研究对于火箭发射姿态保持以及直升机飞行控制领域都有着现实意义，相关领域的研究成果已经应用于多种现实控制问题的领域当中。本文主要针对于一级倒立摆模型（即平衡车），以及二级倒立摆系统的控制系统算法设计及应用分析。在针对于倒立摆控制系统的算法设计过程中，采用PID以及模糊控制算法的交叉结合运用，以期对该系统的控制有良好的稳定性，鲁棒性和适应性。在针对于算法设计的过程中，将在控制器中设计恰当的自调因子，来提高控制器的适应程度。主要研究工作如下：给出倒立摆系统模型，并定性分析。对倒立摆系统的能控性以及能观性进行分析，并计算相对能控性，说明倒立摆系统在平衡状态附近时能控能观的。2.设计普通模糊控制器以及带有自适应因子的模糊控制器。倒立摆系统控制算法主要设计到PID，模糊控制，拟神经网络控制以及最优控制等算法，本研究主要集中于设计基本的模糊控制器，并设计线性自调因子，提高控制器的适应性，并在最后以仿真的形式说明控制器的实用性。3．对控制方案进行讨论并进行控制仿真。目前对于二级倒立摆的控制主要是平衡状态下的倒立，以及二级倒立摆的自摆起功能，本研究主要涉及到前者，但提出两种不同的控制方案，并与所设计的控制算法相结合，最后得到仿真结果。4.在本研究中设计完成控制算法后，将所设计的算法应用到平衡车上。平衡车车体采用MPU6050（加速度计与陀螺仪）为角度传感器，STM32RBT6为微控制器实现平衡功能。关键词：倒立摆模糊控制器PID平衡AbstractInvertedpendulumcontrolsystemisacomplex,unstable,nonlinearsystems,theoreticalteachingandconductallkindsofcontrolcontrolistheidealplatformforexperiments.Invertedpendulumsysteminvolvesmanyvariables,nonlinear,thenaturalinstabilityofstronglycoupled.Researchforinvertedpendulumsystemforrocketlaunchposturetomaintainaswellashelicopterflightcontrolfieldshavesignificance,relatedfieldsofresearchresultshavebeenappliedtoavarietyofreality-controlareas.Thisarticleprimarilyfocusesonaninvertedpendulummodel,andthedoubleinvertedpendulumcontrolsystemdesignandapplicationanalysisofalgorithms.Forinvertedpendulumcontrolsystemdesignprocess,cross-combinationofPIDandfuzzycontrolalgorithmusedinordertocontrolthesystemhasgoodstability,robustnessandadaptability.Foralgorithmdesignprocess,designtheappropriateadjustingfactorinyourcontroller,toincreasethecontroller'scomfortlevel.Mainjobsareasfollows:1.pendulummodelispresentedandqualitativeanalysis.Invertedpendulumsystemcontrollabilityandobservabilityanalysisandcalculaterelativecontrollability,indicatingwhenthependulumneartheequilibriumofcontrollabilityandobservability.2.theordinaryfuzzycontrollerdesignandfuzzycontrollerwithAdaptivefactor.InvertedpendulumsystemcontrolalgorithmdesigntoPID,fuzzycontrolandneuralnetworkcontrolandoptimalcontrolalgorithms,thisresearchfocusesonthedesignofbasicfuzzycontrollerdesignoflinearself-regulatingfactor,improvingtheadaptabilityofthecontroller,andfinallytothesimulationofthecontrollerintheformofpracticality.3.Discussionofcontrolprogrammesandcontrolsimulation.Currentcontrolfordoubleinvertedpendulumisabalanceinvertedpendulum,aswellasthedoubleinvertedpendulum'sswingfunction,thisstudyrelatestotheformer,butproposestwodifferentcontrolschemes,andcombinedwiththecontrolalgorithms,andfinallythesimulationresults.4.Inthisstudydesignaftercompletingthecontrolalgorithms,thealgorithmisappliedtothebalanceofthecar,designedby.BalancedvehicleMPU6050(accelerometersandgyroscopes)fortheanglesensor,STM32RBT6formicro-controllertoachievebalance.Keywords:BalanceInvertedpendulumFuzzycontrollerPID目录电子科技大学中山学院................................................................................................1毕业设计论文................................................................................................................1倒立摆系统的自调式....................................................................................................1模糊算法设计................................................................................................................1摘要................................................................................................................................2Abstract..........................................................................................................3目录................................................................................................................................5第一章绪论..............................................................................................................61.1.本设计的目的和意义..................................................................................61.2.概况..............................................................................................................71.3.本设计的要求..............................................................................................81.4.拟采用的方法及技术..................................................................................8第二章倒立摆系统数学模型与分析....................................................................112.1.二级倒立摆的基本结构............................................................................112.2.二级倒立摆系统数学模型........................................................................122.3.二级倒立摆系统的定性分析....................................................................142.3.1系统的稳定性分析.............................................................................152.3.2系统的能控能观性判断.....................................................................152.3.3系统参数矩阵的离散化....................................................................162.4.本章小结....................................................................................................17第三章模糊控制器算法设计......................................................