智能控制理论及应用 课件 第4章 4.5.2-4.6.2 倒立摆模糊控制模糊与PID结合

4.5.2倒立摆模糊控制系统设计主要内容2倒立摆介绍倒立摆模糊控制器设计基于Matlab的倒立摆模糊控制系统仿真第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计1、一级小车倒立摆的数学模型/01一级小车倒立摆4摆杆与垂线的夹角(单位：弧度)u

小车在水平方向的受力(单位:牛顿)第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计一级小车倒立摆的数学模型5第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计2、一级倒立摆模糊控制系统设计/02步骤1:确定模糊控制器的输入和输出变量7输入:

de(t)=e(t)-e(t-1)输出:u(t)水平向右为正，水平向左为负第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计步骤2:输入输出变量进行模糊集合划分8NBNSZOPSPBe(t)

(rad)第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计步骤2:输入输出变量进行模糊集合划分9NBNSZOPSPBde(t)

(rad/s)第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计步骤2:输入输出变量进行模糊集合划分10NBNSZOPSPBu(t)

(N)第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计步骤3:模糊规则凝练11语言变量e(t):误差de(t):误差变化率u(t):驱动力语言值NB\NS\ZO\PS\PB第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计步骤3:模糊规则凝练12语言描述误差是

PB摆杆以较大角度朝左倾斜。第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计步骤3:模糊规则凝练13语言描述误差是

NS摆杆以轻微角度朝右倾斜。第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计步骤3:模糊规则凝练14语言描述误差是

ZO当前摆杆在近乎垂直位置,有轻微倾斜。第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计步骤3:模糊规则凝练15语言描述误差是

PB误差变化率是

PS摆杆以较大角度朝左倾斜。并且向远离垂直方向运动。第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计步骤3:模糊规则凝练16语言描述误差是NS摆杆朝右以轻微角度倾斜。误差变化率是

PS并且朝向垂直方向运动。第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计步骤3:模糊规则凝练17规则u是PBu是NSu是NS第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计步骤3:模糊规则凝练18规则库

(小组讨论)u“力”de”误差变化率”NBNSZOPSPBe”误差”NBNSZOPSPB第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计步骤3:模糊规则凝练19规则库(小组讨论)u“力”de”误差变化率”NBNSZOPSPBe”误差”NBPBPBPBPSZONSPBPBPSZONSZOPBPSZONSNBPSPSZONSNBNBPBZONSNBNBNB第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计模糊控制器设计20模糊化推理机规则库

去模糊化模糊控制器ede已经完成：配置需要完成：动态运行√√√第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计步骤4:动态运行21模糊化推理机规则库

去模糊化ede第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计步骤4:匹配规则22NBNSZOPSPBe(t)

(rad)NBNSZOPSPBde(t)

(rad/s)10.250.75第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计步骤4:匹配规则23u“force”de”change-in-error”NBNSZOPSPBe”error”NBPBPBPBPSZONSPBPBPSZONSZOPBPSZONSNBPSPSZONSNBNBPBZONSNBNBNB第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计步骤4:匹配规则24如果e是ZO24NBNSZOPSPBe(t)1NBNSZOPSPBde(t)0.250.25并且de是ZO那么u是ZONBNSZOPSPBu(t)

(N)第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计步骤4:匹配规则如果e是ZO25NBNSZOPSPBe(t)10.75NBNSZOPSPBde(t)0.75并且de是PS那么u是NSNBNSZOPSPBu(t)第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计步骤5:得到水平作用力2626NBNSZOPSPBu(t)重心法第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计3、基于MATLAB的仿真实现/03倒立摆的数学模型28y第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计Simulink仿真系统29第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计4、参数对系统性能的影响/04第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计（1）量化因子、比例因子的影响www.islide.cc31Ke=1,Kde=1,Ku=1Ke=1,Kde=0.1,Ku=1第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计（1）量化因子、比例因子的影响www.islide.cc32Ke=1,Kde=0.1,Ku=1Ke=2,Kde=0.1,Ku=1第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计（1）量化因子、比例因子的影响www.islide.cc33Ke=2,Kde=0.1,Ku=1Ke=2,Kde=0.1,Ku=5第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计（2）隶属度函数对系统性能的影响www.islide.cc34t=1s，500N输出u的MF值修改输出变量的隶属度函数?=修改比例因子?第4章4.5.2倒立摆模糊控制系统设计4.6模糊控制与PID控制的结合算法/051.多模控制36切换条件：

模糊控制器PID控制器对象|e|<=E|e|>Er-ye第4章4.6.1模糊控制与PID的混合结构Matlab中的切换开关Switch第4章4.6.1模糊控制与PID的混合结构2.并联混合结构38（1）模糊控制与前馈控制的并联第4章4.6.1模糊控制与PID的混合结构2.并联混合结构39（2）模糊控制与积分控制的并联第4章4.6.1模糊控制与PID的混合结构2.并联混合结构40（3）模糊控制与含有模糊积分增益的积分控制并联第4章4.6.1模糊控制与PID的混合结构2.并联混合结构41（4）模糊PD与模糊PI控制并联第4章4.6.1模糊控制与PID的混合结构2.并联混合结构42（5）模糊PI第4章4.6.1模糊控制与PID的混合结构4.6.2PID参数模糊自整定算法对象r-ye模糊控制器kpkikdde/dtPID控制器第4章4.6.2PID参数模糊自整定算法输入：e、de输出：2.模糊系统结构3.输入输出隶属度函数第4章