倒立摆论文倒立摆 模糊控制 PID控制 模糊PID控制 MATLAB仿真

1、【关键词】倒立摆 模糊控制 PID控制 模糊PID控制 MATLAB仿真【英文关键词】Inverted pendulum Fuzzy control PID control Fuzzy PID control MATLAB Simulation倒立摆论文：基于PID的二级倒立摆控制器的设计【中文摘要】二级倒立摆系统是一个具有多变量、强耦合性、高度非线性的不稳定的系统，它可以反应出控制界当中的很多问题，例如：鲁棒性、可镇定性、跟踪性等。在控制领域当中，有很多的不稳定系统以及非线性系统，而倒立摆系统能够对这样的系统进行检验，所以倒立摆系统是控制领域当中学者研究的热点之一。倒立摆的控制方法也在军事、

2、机器人等领域中得到了广泛性的应用。第一章简单介绍了倒立摆系统研究的历史与现状，并阐述了在不同时期所取得的成果。因为本文设计的是模糊PID控制器，所以在接下来的章节中我们首先要做的就是相关理论的准备工作。准备的内容包括：PID理论、模糊理论等相关知识的介绍。之后用拉格朗日函数方法建立一个二级倒立摆的数学模型，根据这个模型求出它的状态与输出两个方程，用现代控制理论对该系统的稳定性、可控制性、能观测性进行分析，同时得到本系统的控制条件。第4章详细的介绍了模糊自整定PID控制器的设计的过程，对模糊控制器的各个参数进行了说明，同时设计了模糊控制规则、推理过程等。第5章利用MATLAB语言，将我们设计的控

3、制器应用到第2章的二级倒立摆模型上，进行了仿真实验。接着应用所设计的控制器对二级倒立摆系统进行了实际控制。模拟仿真跟实物控制两者都证明，本文中我们所设计的模糊PID控制器性能优越，稳定程度较高。与常规的PID控制器相比，避免了手动调节参数过程的繁琐以及在环境变化时参数不能及时变化以满足系统要求的弊端。由此我们可以得出结论：本文所设计的控制方法要优于单独的模糊控制、PID控制，它是一种非常有效的控制方法，在保证系统稳定的前提下，实现了系统的快速、无差控制。【英文摘要】Double inverted pendulum is an instability system which has many

4、variable, strong coupling and nonlinear. The double inverted pendulum can effectively reflect many questions, such as robustness, stabilizability and tracking performance etc. There are many instability and nonlinear systems in this area, at the same time, inverted pendulum can tested such systems,

5、which is used in a control area and scholars frequently. The control methods of inverted pendulum were also widely used in military, robotics and other areas.In chapter2, we describe the research development status of inverted pendulum control system, and expatiate the control results in the differe

6、nt developing periods. Because the object is to design the fuzzy PID controller, we first do the preparatory work of the relevant theory, which include the introduction of the PID and fuzzy theory. In chapter3, we establish the mathematical model of inverted pendulum control system (state equation)

7、and by using modern control theory analysis the controllability, observability and stability of two level inverted pendulum system. In chapter4, the fuzzy PID controller design process is given, the fuzzy controller parameters are described and the fuzzy control rules and the reasoning process are d

8、eveloped. In chapter5, the fuzzy PID controller is applied to the double inverted pendulum model by using MATLAB as the simulation tool, and then the fuzzy PID controller is applied to the actual double inverted pendulum system.The simulation and physical experiment results show that the fuzzy PID c

9、ontroller has higher stabilizability. Compared to PID controller, the fuzzy PID controller can avoid the drawbacks of manual adjustment parameter and not timely changing the parameter to meet the system requirements. The fuzzy PID controller designed in this thesis is superior to a single fuzzy cont

10、rol and PID control, and it is a very effective control method and the fast control and no error control are gotten.【目录】基于PID的二级倒立摆控制器的设计 摘要 3-4 Abstract 4 第一章 绪论 7-13 1.1 课题研究的意义 7-8 1.2 倒立摆研究历史与现状 8-9 1.3 倒立摆的控制规律 9-10 1.4 模糊PID控制的现状分析与研究 10-11 1.5 论文主要工作 11-13 第二章 PID控制与模糊控制简介 13-19 2.1 PID控制理论 1

11、3-15 经典PID控制理论简述 13-15 2.2 模糊控制理论 15-18 模糊控制原理 16 模糊控制器的组成及功能 16-18 2.3 本章小结 18-19 第三章 直线二级倒立摆数学模型的建立及分析 19-29 3.1 直线二级倒立摆的数学模型的推导 19-27 建立非线性数学模型 19-24 模型线性化处理 24-27 3.2 直线二级倒立摆的稳定分析 27-28 3.3 本章小结 28-29 第四章 模糊自整定PID控制器的设计 29-43 4.1 模糊自整定PID控制器 29-30 4.2 参数自整定的想法 30-31 4.3 模糊控制器结构设计 31-42 输入量模糊化和输出量反模糊化 32-37 建立模糊控制规则 37-38 模糊推理 38-41 选择采样周