智能控制理论在倒立摆系统中的应用研究
倒立摆系统控制的研究
摘要倒立摆是一个典型的快速、多变量、非线性、绝对不稳定系统。
通过它能有效地反映控制过程中诸如可镇定性、鲁棒性、随动性以及跟踪等多种关键问题，是检验各种控制理论的理想模型。
因此，对倒立摆系统的稳定性研究在理论上和方法上具有深远的意义。
对倒立摆的研究可以归结对非线性、多变量、不稳定系统的研究。
在应用上，倒立摆广泛应用于控制理论研究、航空航天控制、机器人等领域，在自动化领域中具有重要的价值。
另外，由于此装置成本低廉，结构简单，便于用模拟、数字等不同方式控制，在控制理论教学和科研中也有很多应用。
对其的稳定控制是控制界一个极具挑战性的难题。
本文首先叙述了对倒立摆系统稳定性研究的意义，综述了倒立摆的研究现状，并介绍了当前已有的稳定倒立摆的各种控制方法。
本文建立了一级、二级倒立摆的数学模型，分析了系统的能控性和能观测性，采用经典控制理论和现代控制理论对单级倒立摆的控制进行仿真研究。
关键词：倒立摆；数学模型；仿真AbstractInverted pendulum is a typical lmodel of multi-variable,nonlinear,essentially unsteady system.During the control process,pendulum can effectively reflect many pivotal problems such as equanimity,robust,follow-up and track.Therefore,it is a perfect model used to testing various control theories.and researching stability of inverted Pendulum system has the profound meaning in theory and methodology.The research on inverted pendulum can be diverted to the research on nonlinear,multi-variable and unsteady system.And in application many equipments such as aviation,robots cannot do without it.The inverted pendulum plant is in common use in control theory teaching and research as it is also so cheap and easy to get.So it is amusing valuable for a senior student to do research on this subject.The stabilization control of inverted pendulum system is a primary challenge for the researchers in the controlling field because of the difficulty of the problem.In this dissertation，first of all，analyze the meaning of researching the inverted pendulum system,give a summary on the research actuality of inverted pendulum,and introduce many control ways on making inverted pendulum system steady.In this paper,we establish mathematical models of single,double inverted pendulum system,and analyze the controllability and observability of these models.We do research on the stabilization control of a single inverted pendulum system by means of classical control theory and modern control theory.Key words：Inverted Pendulum; Mathematical models;Simulation目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1课题研究的背景和意义 (1)1.1.1倒立摆系统研究的工程背景 (1)1.1.2倒立摆系统研究的意义 (2)1.2国内外研究现状 (2)1.2.1稳定问题的研究 (2)1.2.2起摆问题的研究 (6)1.2.3倒立摆控制存在的主要问题 (6)1.3本论文的主要工作 (7)2倒立摆系统的建模与分析 (9)2.1倒立摆系统的建模 (10)2.1.1直线一级倒立摆的数学模型 (10)2.1.2直线二级倒立摆的物理模型 (18)2.2倒立摆系统的定性分析 (22)2.2.1一级倒立摆系统模型分析 (22)2.2.2二级倒立摆系统模型分析 (23)2.3本章小结 (23)3直线一级倒立摆系统的控制 (25)3.1MATLAB控制系统工具箱简介 (25)3.2基于根轨迹校正的直线一级倒立摆控制 (26)3.2.1系统根轨迹分析 (26)3.2.2根轨迹校正及控制 (27)3.3直线一级倒立摆PID控制 (33)3.4直线一级倒立摆频率响应分析与校正 (36)3.5基于状态空间综合法的直线一级倒立摆控制 (40)3.5.1反馈控制系统设计 (40)3.6本章小结 (47)4总结与展望 (48)参考文献 (49)致谢 (50)附录A：英文文献 (51)附录B：中文翻译 (65)附录C：程序 (72)1 绪论1.1课题研究的背景和意义1.1.1倒立摆系统研究的工程背景在控制理论发展的过程中，某一理论的正确性及实际应用中的可行性需要一个按其理论设计的控制器去控制一个典型对象来验证。
倒立摆控制仿真与试验研究现状
倒立摆控制仿真与试验研究现状＊薛安克王俊宏柴利王惠姣(杭州电子工业学院智能信息与控制技术研究所杭州 310037)摘要复杂性和不确定性的特点提出将鲁棒控制算法应用到不确定的倒立摆系统中的思想关键词某一理论的正确性及实际应用中的可行性需要一个按其理论设计的控制器去控制一个典型对象来验证倒立摆系统是一个多变量非线性和自然不稳定系统如非线性问题镇定问题及跟踪问题等形象直观构件组成参数和形状易于改变倒立摆系统的控制效果可以通过其稳定性直观地体现小车位移和稳定时间直接度量显著可以用倒立摆对其正确性和实用性加以物理验证有效早在60年代人们就开始了对倒立摆系统的研究Ｂａｎｇ控制理论在60年代后期严重非线性证例提出了倒立摆的概念非线性和快速性系统的控制能力从而用不同的控制方法控制不同类型的倒立摆倒立摆的种类很多平行倒立摆平面倒立摆二级乃至多级还可以是倾斜的(这对实际机器人的步行稳定控制研究更有意义)Ò²¿ÉÒÔÊǶ༶µç»ú(1) 机器人的站立与行走类似双倒立摆系统机器人的关键技术机器人的行走控制至今仍未能很好解决为了保持其正确的姿态(3) 通信卫星在预先计算好的轨道和确定的位置上运行的同时使卫星天线一直指向地球(4) 侦察卫星中摄像机的轻微抖动会对摄像的图像质量产生很大的影响必须能自动地保持伺服云台的稳定(5) 为防止单级火箭在拐弯时断裂而诞生的柔性火箭(多级火箭)由于倒立摆系统与双足机器人因此对倒立摆控制机理的研究具有重要的理论和实践意义1 倒立摆系统的控制方法对倒立摆这样的一个典型被控对象进行研究不仅由于其级数增加而产生的控制难度是对人类控制能力的有力挑战探索新的控制理论各种控制理论和方法都可以在这里得以充分实践当前(1) 线性理论控制方法将倒立摆系统的非线性模型进行近似线性化处理然后再利用各种线性系统控制器设计方法PID控制LQ控制算法是其典型代表二级的倒立摆(线性化后误差较小可以解决常规倒立摆的稳定控制问题模型较复杂的多变量系统(三这就要求采用更有效的方法来进行合理的设计非线性之间的矛盾非线性对象非线性系统的必由之路变结构控制和自适应控制的研究强调的实模型的功能而不是结构可将控制对象从任意位置控制到滑动曲面上仍然保持系统的稳定性和鲁棒性,但是系统存在颤抖变结构控制和自适应控制在理论上有较好的控制效果成本也高(3) 智能控制方法在倒立摆系统中用到的智能控制方法主要有神经网络控制仿人智能控制NN能够学习与适应严重不确定性系统的动态特性故有很强的鲁棒性和容错性实现状态未离散化的倒立摆的无模型学习控制而且多层网络的层数激发函数类型的选择缺乏指导性原则等模糊控制经典的模糊控制器利用模糊集合理论将专家知识或操作人员经验形成的语言规则直接转化为自动控制策略(通常是专家模糊规则查询标)¶øÊÇÀûÓÃÆäÓïÑÔ֪ʶģÐͽøÐÐÉè¼ÆºÍÐÞÕý¿ØÖÆËã·¨Ê×ÏÈÄÑÒÔ½¨Á¢Ò»×é±È½ÏÍêÉƵĶàάģºý¿ØÖƹæÔòÆä¿ØÖÆЧ¹ûÒ²ÊÇÄÑÒÔ±£Ö¤µÄÀýÈç截止北京师范大学100周年校庆期间且稳定效果良好拟人智能控制[2] 模糊控制促进了当代自动控制理论的发展基于这些智能控制理论所设计的系统往往需要庞大的知识库和相应的推理机这又阻碍了智能控制理论的发展又有学者提出了一种新的理论拟人控制理论广义归约拟人是人工智能中的一种问题求解方法再将这些集合分解成更简单的集合最终得到一个本原问题集合另一核心概念是综合模仿动觉智能提出了仿人智能控制方法仿人智能控制方法解决复杂用云模型构成语言值形成一种定性的推理机制仅仅依据人的经验将人用自然语言表达的控制经验就能解决非线性问题和不确定性问题目前对倒立摆系统的控制策略有如此之多但大多数都没考虑倒立摆系统本身的大量不确定因素和外界干扰取得了一系列成果2 鲁棒控制算法在倒立摆中的应用鲁棒控制是自动控制领域20世纪末最重要的研究结果之一鲁棒控制处理的是不确定性对象模型参数变化执行器的误差等等考虑到鲁棒控制和∞H 控制对不确定性以及干扰的良好抑制能力(1) 一级倒立摆的鲁棒LQ 最优控制一级倒立摆系统的参数不确定数学模型可用状态方程表示为1),1,100,1,1000(diag ==R Q(2)取05.0=ε得鲁棒LQ 最优控制器鲁棒LQ 控制的摆杆角度(φ)和小车位置(r )的计算机数字仿真结果实线为LQ 控制曲线图3和图4分别为倒立摆实验装置鲁棒LQ 控制的摆杆角度(φ)图1 倒立摆系统摆杆角度(φ)响应曲线 图2 倒立摆系统小车位置(r )响应曲线图3 倒立摆试验装置鲁棒L Q控制摆杆角度(φ)变化曲线图4 倒立摆试验装置鲁棒LQ控制小车位置(r)变化曲线(2) 多目标鲁棒控制方法在实际设计问题中特别地uDwDxCZuDwDxCZuBwBAxx22212212111121++=++=++=&我们希望设计一个状态反馈控制器且从w到1Z的闭环传递函数)(1sT的∞H范数不超过一个给定的上界1r同时使得22221)()(sTbsTa+∞最小对倒立摆系统取得了较好的控制效果=−+−−−=XYUXkkkkkkkkkX1110546.02764.47501.08199.377298.383014.21547.920191.07157.2111987654321&(4)其中91~kk是由不确定因素21,,ccc∆∆∆引起的不确定参数1],1,1,1,200,200,50[diag==RQ[]6035.419009.76128.123947.2519286.1793253.7−−=K(5) 二级倒立摆系统承受重为g9307.12的小球摆杆1图5 二级倒立摆系统撞击响应曲线(4) 三级倒立摆鲁棒LQ最优控制的仿真研究三级倒立摆系统的不确定线性模型为取性能指标权阵R=1³°ôLQ最优控制器为LQ最优控制和鲁棒LQ最优控制三级倒立摆系统时２其中实线为LQ最优控制图6 不确定倒立摆系统LQÖ÷Òª²ûÊöÁ˳°ô¿ØÖÆËã·¨ÔÚµ¹Á¢°ÚÖеÄÓ¦Óõ«´ÓÒÑÓеÄһЩÑо¿³É¹û²»ÄÑÍƶϳö¸´ÔÓÐԺͲ»È·¶¨ÐÔµÄÒ»ÖÖ¹¤¾ßÈçºÎ½«ÆäÑо¿³É¹ûÓëʵ¼ÊÓ¦ÓÃÏà½áºÏ»òʹÒÑÓеĿØÖÆϵͳ¾ßÓиüÇ¿µÄ³°ôÐÔµ¹Á¢°ÚÊÇÒ»¸öÑéÖ¤ÀíÂÛµÄÕýÈ·ÐÔ¼°Êµ¼ÊÓ¦ÓÃÖеĿÉÐÐÐԵĵäÐͶÔÏó×îÖÕ½«Â³°ôËã·¨µÄʵ¼ÊÓ¦Óøü½øÒ»²½ÃçÖ¾ºê中国科学200265-752 张飞舟范跃祖. 拟人智能控制三级倒立摆. 2中国工程科学199941-464 薛安克上海交通大学学报20021-75 薛安克孙优贤200120-246 王惠姣. 不确定线性系统的鲁棒控制及其在倒立摆系统中的应用杭州电子工业学院作者简介男教授研究方向信息融合王俊宏1976年生研究方向信息融合柴利1972年生研究方向王惠姣1976年生研究方向信息融合联系人杭州电子工业学院自动化(310018)。
《2024年智能控制算法设计及倒立摆实现》范文
《智能控制算法设计及倒立摆实现》篇一一、引言智能控制算法在现代科技领域扮演着举足轻重的角色，其在各种自动化系统和机器人控制中发挥了至关重要的作用。
随着科技的飞速发展，对于控制系统的精度和效率要求日益提高，因此，设计高效的智能控制算法成为了一个热门的研究课题。
本文将重点探讨智能控制算法的设计以及其在倒立摆系统中的应用实现。
二、智能控制算法设计1. 算法理论基础智能控制算法是基于人工智能理论发展而来的一种新型控制方法。
它通过模拟人类智能行为，实现自动化系统的优化控制。
常见的智能控制算法包括神经网络控制、模糊控制、遗传算法等。
这些算法都具有强大的学习能力，能够在面对复杂系统时进行自适应调整，从而提高系统的稳定性和效率。
2. 算法设计步骤(1) 问题定义：明确控制目标，分析系统特性和需求。
(2) 算法选择：根据问题特性选择合适的智能控制算法。
(3) 模型建立：建立系统数学模型，包括状态空间模型、输入输出模型等。
(4) 参数设置：设置算法参数，如神经网络的层数、节点数、学习率等。
(5) 算法实现：编写程序代码，实现算法功能。
(6) 测试与优化：对算法进行测试和优化，提高其性能和稳定性。
三、倒立摆系统实现1. 系统概述倒立摆是一种典型的非线性、不稳定系统，具有很高的研究价值。
它通过控制摆杆的平衡来模拟各种复杂运动，是机器人技术、自动化技术等领域的重要研究对象。
本文以倒立摆系统为例，探讨智能控制算法在自动化系统中的应用实现。
2. 系统组成倒立摆系统主要由摆杆、电机、传感器等部分组成。
其中，摆杆通过电机驱动进行运动，传感器用于检测摆杆的状态信息，如角度、速度等。
通过将这些信息传输给控制器，实现对摆杆的精确控制。
3. 智能控制算法在倒立摆系统中的应用将智能控制算法应用于倒立摆系统，可以实现对其的精确控制和稳定运行。
具体实现步骤如下：(1) 数据采集：通过传感器采集摆杆的角度、速度等信息。
(2) 数据处理：将采集到的数据传输给控制器，进行数据处理和分析。
matlab仿真毕设--倒立摆现代控制理论研究
内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题目：倒立摆现代控制理论研究倒立摆现代控制理论研究摘要倒立摆系统是一个复杂的非线性、强耦合、多变量和自不稳定系统。
在控制工程中，它能有效地反映诸如可镇定性、鲁棒性、随动性以及跟踪性等许多控制中的关键问题，是检验各种控制方法的理想工具。
理论是工程的先导，它对倒立摆系统的控制研究具有重要的工程背景，单级倒立摆与火箭的飞行有关，二级倒立摆与双足机器人的行走有相似性，日常生活中的任何重心在上，支点在下的问题都与倒立摆的控制有极大的相似性，所以对倒立摆的稳定控制有重大的现实意义。
迄今，人们已经利用古典控制理论、现代控制理论及多重智能控制理论实现了多种倒立摆系统的稳定控制[5]。
倒立摆的控制方法有很多，如状态反馈控制，经典PID控制，神经网络控制，遗传算法控制，自适应控制，模糊控制等。
其控制方法已经在军工、航天、机器人和一般工业过程等领域得到了应用。
因此对倒立摆系统的控制研究具有重要的理论和现实意义，成为控制领域中经久不衰的研究课题。
本文是应用线性系统理论中的极点配置、线性二次型最优（LQR）和状态观测器等知识，设计了倒立摆系统线性化模型的控制器，通过MA TLAB仿真，研究其正确性和有效性。
通过分析仿真结果，我们知道了，状态反馈控制可以使倒立摆系统很好的控制在稳定状态，并具有良好的鲁棒性。
关键词：倒立摆；现代控制；Matlab仿真；Modern Control Theory Of Inverted PendulumAbstractInverted pendulum system is a complex nonlinear and strongly coupled，multi-variable and unstable system since．In control engineering，it can effectively reflect such stabilization，robustness，with the mobility of control and tracking，and many other key issue，It is the test ideal for a variety of control methods．Theory is the project leader，inverted pendulum control system also has important engineering research background，inverted pendulum with single-stage related torocket for the flight，Inverted pendulum and biped walking robot similar nature in any life in the center of gravity，the fulcrum in the next issue with the inverted pendulum control has a great similarity，so the stability control of inverted pendulum significant practical significance.So far，it has been the use of classical control theory，modern control theory and control theory of multiple intelligence to achieve a variety of inverted pendulum system stability control[5].Inverted pendulum control methods there are many，such as the state feedback control，the classic PID control，neural network control，genetic algorithm control，adaptive control，fuzzy control.The control method has been in military，aerospace，robotics and general industrial processes and other areas have been intended use.Therefore，the control of inverted pendulum system research has important theoretical and practical significance，of becoming enduring research topics in the field.This is the application of the theory of linear systems pole placement，linear quadratic optimal (LQR) and the state observer of such knowledge，the design of the linear inverted pendulum model of the controller，through simulation to study the correctness and effective sex.By analyzing the results of MATLAB simulation，state feedback control can make a goodcontrol of inverted pendulum system in a stable state，and has good robustness，stability control features.Key words: Inverted pendulum；Modern control；Matlab simulation；目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1倒立摆系统模型简介 (1)1.2倒立摆研究的背景与意义 (2)1.3国内外研究现状、水平和发展趋势 (3)1.3.1倒立摆和控制理论的发展 (3)1.3.2倒立摆的控制方法 (4)1.3.3倒立摆的发展趋势 (5)1.4本论文的主要工作介绍 (6)第二章一级倒立摆的数学模型建立及其性能分析 (7)2.1 系统的组成 (7)2.2 一级倒立摆数学模型的建立 (8)2.2.1 数学模型的建立 (8)2.2.2 系统的结构参数 (9)2.2.3 用牛顿力学方法来建立系统的数学模型 (9)2.2.4 一级倒立摆的性能分析[7] (13)2.3 本章小结 (15)第三章现代控制理论在倒立摆控制中的应用 (16)3.1 自动控制理论的发展历程 (16)3.2 经典控制理论 (18)3.2.1 PID控制现状 (18)3.2.2 PID控制的基本原理 (18)3.2.3 常用PID数字控制系统 (20)3.3 现代控制理论 (21)3.3.1 极点配置[11] (22)3.3.2 线性二次型最优的控制理论[7,8] (24)3.3.3 加权矩阵的选取 (26)3.3.4 状态观测器[7] (26)3.4 本章小结 (29)第四章MA TLAB仿真技术 (30)4.1 仿真软件——Matlab简介 (30)4.1.1 MA TLAB的优势 (30)4.2 Simulink简介 (32)4.3 S-函数简介 (33)4.3.1 用M文件创建S-函数 (34)4.4 倒立摆仿真模块的建立 (36)4.5 本章小结 (37)第五章一级倒立摆线性模型系统的仿真 (38)5.1 倒立摆控制器结构选择 (38)5.2 一级倒立摆线性模型系统仿真 (38)5.2.1 Simulink仿真 (42)5.3 本章小结 (46)结束语 (48)参考文献 (49)附录A (51)致谢 (53)第一章绪论1.1倒立摆系统模型简介倒立摆控制系统是一个复杂的、不稳定的、非线性的系统，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，但它并不是我们想象的那样抽象，其实在我们日常生活中就有很多这样的例子。
倒立摆控制系统的研究
倒立摆控制系统研究【关键词】 状态空间、可控可观、状态反馈、降维观测器、Simulink 非线性系统仿真一、研究背景基于自动控制原理课程设计《倒立摆控制系统研究》以及3号楼实验室具有硬件实验平台，我们在已知系统的非线性模型、简化线性模型的条件下对系统进行设计控制，有利于我们将控制理论真正地应用到实际中去解决问题。
同时也能有利于我们对Matlab 软件具有较好的应用。
二、研究目的1、学会使用Simulink 软件分析复杂的控制系统。
2、学会状态反馈进行控制系统设计。
3、了解状态观测器的实现。
4、加深对现代控制理论的理解。
三、实验平台装有Matalab 的计算机以及打印机 一台 实际倒立摆系统 一套四、倒立摆的数学模型1、实际的非线性模型)(cos 00144.00061.0212001θθθ--+=⋅⋅B A 2121121222)sin(2.1)cos(2.1sin 2.61⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-----=θθθθθθθθθθ其中：⋅⋅---++=11212110]0168.0)cos()sin(00144.0[sin 2979.00236.0θθθθθθθu A 2221212210])sin()[cos(0012.0sin )cos(0734.0⋅⋅---+--=θθθθθθθθθB2、简化的线性模型 状态空间表达式为X AX BU Y CX DU⎧=+⎨=+⎩其中：''1212x θθθθ⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦ ，12y θθ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦，⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡----=3444.16254.42122.822122.822760.07062.38751.168751.6510000100A ，⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=5125.62184.500B⎥⎦⎤⎢⎣⎡=00100001C ，⎥⎦⎤⎢⎣⎡=00D3、系统研究方法 由现代控制理论知识知，原系统的状态空间模型为BU AX X+= ，若系统的状态是完全能控的，则引入状态反馈调节器KX R U -=。
倒立摆系统的智能控制算法研究
ｐ ｎ ｕ ｕ ｃ ｎ ｒ ｌ ｒ ｂ ｅ ，ｔ ｅｄ ｓｇ ｚｙ ｃ ｎ ｒ ｌ ｒｔ ｏ ｔｏ ｈ ｔ ｂ ｌ ｙ ｏ ｅ ｉ ｖ ｒ ｄ ｐ ｎ ｕ ｕ ｓ ｓｅ Ｐ ａ ｔ ｅ ｈ ｓ ｅ ｄ ｌ ｍ ｏ ｔｏ ｏ ｌｍ ｈ ｅ ｉ ｎ ａ ｆ ｚ ｏ ｔ ｌ ｃ ｎ ｒ ｌ ｅ ｓａ ｉ ｔ ｆ ｈ ｅ ｔ ｅ ｄ ｌ ｍ ｙ ｔ ｍ． ｒ ｃｉ ａ ｐ ｕ ｏｅ ｏ ｔ ｉ ｔ ｎ ｅ ｃ ｐ ｏ ｅ ｈ ｔ ｈ ｚ ｙｃ ｎ ｒ ｌ ｇ ｒｔ ｍ ｆ ｏ ｂ ｅ ｉｖ ｒｅ ｅ ｄ ｌ ｍ ｙ ｔ ｍ ａ ｉ ｌ． ｒ ｖ ｄ ｔ ａ ｅｆ ｚ ｏ ｔ ｏ ｉ ｔ ｕ ｏａ ｌ ｈ ｏ ｕ ｌ ｅ ｄ ｐ ｎ ｕ ｕ ｓ ｓｅ ｉ ｆ ｓｂ ｅ ｄ ｎ ｔ ｓｅ Ｋｅ ｒ ｓ ｉ ｖ ｒｅ ｅ ｄ ｌ ｍ ｙ ｔ ｍ；ｆ ｚ ｙ ｃ ｎ ｒ ｌ ｒ ｌ ｇ ｒ ｈ ；ｓｍｕ ａ ｉｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ｎ ｅ ｄ ｐ ｎ ｕ ｕ ｓ ｓｅ ｔ ｕ ｚ ｏ ｔ ｅ ；ａ ｏ ｔ ｍ ｏ ｉ ｉ ｌｔ ｏ
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《2024年智能控制算法设计及倒立摆实现》范文
《智能控制算法设计及倒立摆实现》篇一一、引言随着科技的进步和人工智能的崛起，智能控制算法在多个领域得到了广泛应用。
倒立摆作为一种典型的控制问题，其稳定性的实现成为了检验智能控制算法性能的重要标准。
本文将详细介绍智能控制算法的设计原理及其在倒立摆系统中的应用实现。
二、智能控制算法设计1. 算法概述智能控制算法是一种基于人工智能技术的控制方法，它能够根据系统的实时状态和目标要求，自动调整控制策略，以达到最优的控制效果。
该算法具有自学习、自适应、自组织等特点，能够处理复杂的非线性、时变系统。
2. 算法设计步骤（1）确定系统模型：根据实际系统的特点和需求，建立相应的数学模型。
（2）设定目标函数：根据系统的控制要求，设定目标函数，用于评估系统的性能。
（3）选择智能控制策略：根据系统模型和目标函数，选择合适的智能控制策略，如神经网络控制、模糊控制、遗传算法等。
（4）算法参数优化：通过优化算法参数，提高算法的控制性能和鲁棒性。
（5）算法实现：将优化后的算法编写成程序，实现系统的智能控制。
三、倒立摆系统及其控制要求1. 倒立摆系统简介倒立摆是一种典型的控制问题，其结构简单但控制难度大。
倒立摆由摆杆、电机、传感器等组成，通过控制电机的转速和方向，使摆杆保持倒立状态。
2. 控制要求倒立摆系统的控制要求包括稳定性、快速性、鲁棒性等。
系统需要在外界干扰和内部参数变化的情况下，保持摆杆的稳定倒立，同时要快速响应外界变化，以达到最优的控制效果。
四、智能控制算法在倒立摆系统中的应用实现1. 算法选择与实现根据倒立摆系统的特点和控制要求，选择合适的智能控制算法，如神经网络控制、模糊控制等。
将算法编写成程序，实现对倒立摆系统的智能控制。
2. 实验结果与分析通过实验验证智能控制算法在倒立摆系统中的性能。
实验结果表明，智能控制算法能够有效地提高倒立摆系统的稳定性和快速性，同时具有较强的鲁棒性。
与传统的控制方法相比，智能控制算法在处理复杂的非线性、时变系统时具有明显的优势。
倒立摆专家控制研究毕业设计
智能控制基础课程建设-专家控制研究摘要在传统控制系统中，系统的运行排斥了人的干预，人-机之间缺乏交互。
控制器对被控对象在环境中的参数、结构的变化缺乏应变能力。
传统控制理论的不足，在于它必须依赖于被控对象严格的数学模型，试图对精确模型来求取最优的控制效果。
而实际的被控对象存在着许多难以建模的因素。
上世纪80年代初，人工智能中专家系统的思想和方法开始被引入控制系统的研究和工程应用中。
专家系统能处理定性的、启发式或不确定的知识信息，经过各种推理来达到系统的任务目标。
专家系统为解决传统控制理论的局限性提供了重要的启示，二者的结合导致了专家控制这一方法。
本文通过对专家控制的研究，以小车倒立摆模型为例，对其进行Matlab仿真，建立课程教学演示平台。
首先，研究专家控制的基本原理，掌握专家控制的基础知识以及专家控制的基本算法；然后，对仿人智能控制进行研究，熟悉经典的仿人智能控制算法，例如仿人PID智能控制算法，九点控制器等，并在Matlab平台上编制仿人智能控制算法软件。
最后，通过对小车倒立摆系统进行专家控制的Matlab仿真，建立课程教学演示平台。
关键词：智能控制；专家控制；仿人智能控制；小车倒立摆；Matlab仿真Intelligent control foundation course construction-The Expertscontrol researchAbstractIn the traditional control system,operation of the system rejected the intervention of human,and there is no interaction between man and machine.Controller of the controlled object in the environment parameters, changes in the structure to ck of traditional control theory,is that it must rely on rigorous mathematical model of controlled object,attempt to strike a precise model to the optimal control effect. There are many difficult factors in the actual controlled object model.Early 80s of last century,Artificial Intelligence Expert System and method of thought control system began to be introduced for research and engineering applications.Expert system can deal with qualitative, heuristic or uncertain knowledge information, and through a variety of reasoning to achieve the mission objectives.Expert system provides important insights to solve the limitations of traditional control theory ,combination of the two led to the method of the expert control.The algorithm is based on the expert control study,doing Matlab simulation on car - inverted pendulum model,and create teaching demonstration platform.First of all, learn the basic principles of expert control,master the basics of expert control and the basic algorithm of the Expert control .Then,do some research of human-simulated intelligent control,familiar with the classic human-simulated intelligent control algorithm,for example, human-simulated intelligent PID control algorithm and nine-point controller.And prepare human-simulated intelligent control algorithm software on the Matlab platform.Finally,through the car - inverted pendulum system for expert control of Matlab simulation,establish course teaching demonstration platform.Key words:Intelligent control; Expert control; Human-simulated intelligent control; Car - inverted pendulum; Matlab simulation;目录摘要 (I)A b s t r a c t............................................................................I I 1选题背景. (1)1.1X X X (1)1.2X X X (2)1.3X X X (3)··2方案论证…………...……………………….2.1X X X……………………………………………………………………..2.2X X X……………………………………………………………………..··3设计或实验过程论述………….…….……··6总结与展望…………………………….………….……………………………致谢…………….……………….………………………………………………...附录…………….…………………………………………………………………参考文献…………….………………….…………………………………………1 选题背景1.1 引言自从美国科学家维纳在20 世纪40 年代创立控制论以来，自动控制理论经历了经典控制理论和现代控制理论两个重要发展阶段。
倒立摆与控制理论研究
３ 结 束有 关 倒 立 摆 研 究 的 文 献 可 谓 国 浩 如 烟 海 ， 具 特 色 的 控 制 方 法 不 胜 枚 举 ， 文 只 能 各 本
算 是 管 中窥 豹 ， 可见 一 斑 ， 绍 一 些 主 流 的 、 具有 代 介
表 性 的 方 法 。 从 中 不 难 看 出 倒 立 摆 在 控 制 理 论 研 究
计简单 ， 只要 求设计者 具备一般 的 经验和基 本 的力 学知
识； 不受 线性 约束 ， 定性控 制律简洁 明确 ， 倒立摆 系统 对 的控制 范围较大 ， 系统 运行性 能 良好 。但拟人控 制理 论
体 系 尚待 进 一 步 发 展 ， 然 在 倒 立 摆 稳 定 控 制 方 面 取 得 虽
控 制 理 论 与 应 ， Ｅ Ｂ
Ｃ ｏｎ ｒ ｌ ｔｏ Ｔｈｅ ｄ Ａ ｐ ｌ ａ ｉ ｎ ｏｒ ａｎ ｐ ｉ ｔｏ ｓ ｙ ｃ
自动 化 技 术 与 应 用 ２ １ ０ １年第 ３ ０卷 第 ５期
控 制 方法 虽然 不依 赖 于对 象 的数 学模 型 也 能实 现 有 效
进 行 深 入 研 究 和 发 展 ， 成 成 熟 完 整 的理 论 体 系 ； 是 多 形 二
控制 等 ， 是针 对 这类 问题 提 出来 的先 进 的控 制手段 ， 就 而倒 立 摆 正是 为这 些 控制 方 法 的研 究提供 了一 个理想
的实验平台。
２４ 鲁棒控 制 。
鲁棒 控制 是针对模 型 的不确 定性 问题提 出的 ， 型 模 的不确定包括 了模 型的不精确 、非线性 的线性化 、参数
由于 对 倒立 摆 这类 复 杂 系统 的 控制 最 终依 赖于 控
制理论 的应 用 ， 因此其未 来的发展 前景 无疑依赖 于各种 控制 理论 的发展 、成 熟与完善 ， 尤其 是 以智 能控制 为主
固高科技《倒立摆与自动控制原理实验》
©Googol 2005
III
内容简介
这是一本为工科自动化和机电一体化的专科、本科以及研究生编写的实验教 科书，可以作为控制领域各门控制课程的配套实验教材，本书的主要内容包括经 典控制理论的部分实验内容和现代控制理论的部分实验内容，经典控制理论内容 包括实际系统模型的建立、根轨迹分析和控制器设计、频率响应分析、PID 控制 分析等内容，现代控制理论内容主要包括状态空间极点配置和线性最优控制 LQR 方法，本书实验内容主要基于固高科技倒立摆完成。
Googol Technology
倒立摆与 自动控制原理实验 V2.0
©Googol 2005
固高科技（深圳）有限公司
二○○五年
1
固高科技（深圳）有限公司 GOOGOL TECHNOLOGY (SHENZHEN) LTD
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直线倒立摆系统 GLIP 系列包含《直线倒立摆系统 GLIP 系列安装与使用手册》 和《倒立摆与自动控制原理实验》。
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《智能控制算法设计及倒立摆实现》范文
《智能控制算法设计及倒立摆实现》篇一一、引言随着科技的不断发展，智能控制算法在许多领域中得到了广泛的应用。
本文将重点探讨智能控制算法的设计以及其在倒立摆系统中的应用。
首先，我们将对智能控制算法的基本概念和原理进行介绍，然后详细阐述其设计过程，最后通过倒立摆系统的实现来展示其应用效果。
二、智能控制算法概述智能控制算法是一种基于人工智能技术的控制方法，其核心思想是通过模拟人类智能行为，实现对复杂系统的智能控制。
该算法具有自适应、自学习和优化等特点，能够在不确定的环境中实现高效、稳定的控制。
智能控制算法广泛应用于机器人、无人驾驶、航空航天等领域。
三、智能控制算法设计智能控制算法的设计主要包括以下几个步骤：1. 问题定义与系统建模：首先，需要明确控制问题的具体需求和目标，然后建立系统的数学模型，为后续的算法设计提供基础。
2. 算法选择与优化：根据问题的特点和需求，选择合适的智能控制算法，如神经网络、模糊控制、遗传算法等。
同时，通过优化算法的参数和结构，提高其性能和适应性。
3. 控制器设计：根据系统模型和选择的算法，设计控制器。
控制器应具有自适应、自学习和优化等功能，以实现对系统的智能控制。
4. 仿真与实验验证：通过仿真和实验验证，对设计的控制器进行性能评估和优化。
四、倒立摆系统实现倒立摆系统是一种典型的控制系统，具有非线性、不确定性和高度耦合等特点。
本文将以倒立摆系统为例，展示智能控制算法的应用。
1. 系统搭建与参数设置：搭建倒立摆实验平台，设置相关的参数，如摆杆长度、质量、摩擦系数等。
2. 智能控制算法应用：将设计的智能控制算法应用于倒立摆系统，通过控制器实现对摆杆的稳定控制。
3. 实验结果分析：通过实验验证，分析智能控制算法在倒立摆系统中的性能表现。
实验结果表明，智能控制算法能够实现对倒立摆系统的稳定控制，具有较高的鲁棒性和适应性。
五、结论本文介绍了智能控制算法的设计及在倒立摆系统中的应用。
通过详细阐述智能控制算法的设计过程和倒立摆系统的实现，展示了智能控制算法在复杂系统中的优越性能。
倒立摆智能模糊控制系统研究
摘要倒立摆是一个外部状态量多、系统阶次高、控制困难的、状态量之间相互影响、无法用一次函数描述的不镇定系统。
因此,该系统常用于航天器的姿势调整和工业控制领域中。
本论文在查阅大量信息的前提下,一开始分析并且构建了一级直线的系统的数学模型,对倒立摆在是否稳定、是否能进行控制分别进行了研究,知道了该系统是不稳定的。
本文主要进行了:倒立摆系统的力学模型的构建并采取模糊控制的方法设计了相关的控制器的设计,根据理论设计了信号的语言变量、论域、隶属度函数和各类因子和控制策略,随后对相关输入进行了优化,最后使用Matlab中的设计了模糊控制器并且利用内部辅助模拟的模块,对控制成效进行分析和相关的优化。
仿真结果表明了本文使用的控制方法可以稳定本文研究的系统,说明该控制器有良好的稳定性、鲁棒性和普适性。
关键词：倒立摆，模糊控制，MATLABAbstractThe inverted pendulum is an unsteady system with a large number of external states, high system order, difficult control, and mutual influence of state quantities, which cannot be described by a single function. Therefore, this system is often used in the machinery of attitude adjustment and running adjustment of spacecraft.This paper is based on the premise of consulting a abundant amount of information., this paper analyzes and constructs the mathematical model of the first-order linear system. It studies the stability of the used object and whether it can be used accurately. It is known that the system is unstable. This paper mainly carried out the construction of the mechanical model of the inverted pendulum system and adopted the fuzzy control method to design the relevant controller. According to the theory, the linguistic variables, the domain, the membership function and various factors and control strategies of the signal were designed according to the theory. Then, the relevant input is optimized. Finally, the fuzzy controller is designed in Matlab and the internal auxiliary simulation module is used to analyze and optimize the control effect. The simulation results show that the control method used in this paper can stabilize the system studied in this paper, indicating that the controller has good stability, robustness and universality.Keywords: inverted pendulum, fuzzy control, MATLAB第1章绪论1.1课题背景与意义倒立摆及其模型与传统杂技中的独轮车顶碗表演类似,这种表演要求表演者有极强的平衡能力和反应速度,而且倒立摆的组成与控制器使用起来好不好有关。
倒立摆系统的智能控制研究的开题报告
倒立摆系统的智能控制研究的开题报告
一、选题背景
倒立摆系统是一种具有非线性、高度敏感、动态不稳定等特点的控制系统，具有广泛的应用领域，在机器人控制、智能控制、自适应控制等领域都有着重要的应用。
然而，传统的控制方法难以应对其高度复杂的动态特性，如何提高控制系统的稳定性和鲁棒性是解决该问题的关键所在。
本文将研究利用智能控制方法对倒立摆系统进行控制，以提高控制系统的稳定性和鲁棒性，并验证其控制效果。
二、研究内容
1.分析倒立摆系统的动态特性，建立倒立摆系统的控制模型，并对其特点进行分析。
2.利用智能控制方法设计倒立摆系统控制器。
具体来说，采用模糊控制、神经网络控制、深度强化学习等智能控制策略，针对倒立摆系统的动态特性进行优化，提高控制器的稳定性和鲁棒性。
3.搭建实验平台，进行仿真和实验验证。
通过模拟实验验证不同智能控制策略对倒立摆系统的控制效果，同时利用实验平台进行实际实验验证，对实验结果进行分析和解释。
三、研究意义
本文将通过对倒立摆系统的智能控制研究，旨在提高控制系统的稳定性和鲁棒性，具有以下研究意义：
1.对倒立摆系统的控制方法进行研究和探索，加深对智能控制技术的理解和应用。
2.提高倒立摆系统的控制效果，为实际应用提供有力支撑。
3.促进控制领域的发展，扩展控制技术的应用范围。
四、预期成果
1.建立倒立摆系统的控制模型，分析其动态特性。
2.设计出基于智能控制方法的倒立摆控制器。
3.通过仿真实验和实际实验对控制器进行验证和分析，得出相应的实验结果和结论。
4.撰写论文，对本文研究内容进行总结和归纳，提出可能的改进方案和研究展望。
倒立摆研究报告
倒立摆研究报告摘要：本研究报告主要对倒立摆进行研究。
倒立摆是一种常见的动态系统，具有许多实际应用。
本报告首先介绍了倒立摆的基本原理和数学模型，并分析了其稳定性。
接着，我们探讨了倒立摆的控制方法，包括PID控制和模糊控制等。
最后，我们进行了实验验证，并对结果进行了分析和总结。
通过本研究，我们可以更好地理解倒立摆的控制原理，并为实际应用提供参考。
1.引言倒立摆是一种常见的动态系统，广泛应用于机器人技术、控制系统等领域。
其基本原理是通过控制系统对倒立摆进行控制，使其保持平衡。
本研究将对倒立摆进行研究，并探讨其控制方法和稳定性。
2.倒立摆的原理和数学模型倒立摆由一个过渡段和一个摆杆组成。
过渡段通过一个电机控制摆杆的角度，并通过传感器测量摆杆的角度。
根据动力学原理，可以得到倒立摆的数学模型。
通过对数学模型进行分析，可以推导出倒立摆的运动方程。
3.倒立摆的稳定性分析对于倒立摆系统，稳定性是一个重要的性质。
稳定性分析能够帮助我们理解系统的行为，并为控制系统的设计提供参考。
本研究通过线性化分析和Lyapunov稳定性理论，对倒立摆的稳定性进行了分析。
4.倒立摆的控制方法倒立摆的控制方法有很多种，常用的包括PID控制和模糊控制等。
本研究对比了不同控制方法的优缺点，并提出了一种基于模糊控制的倒立摆控制策略。
5.实验验证与结果分析我们设计了一个倒立摆实验平台，并进行了实验验证。
通过实验数据的采集和分析，我们对控制系统的性能进行了评估，并与理论分析进行了比较。
6.结论与展望通过本研究，我们对倒立摆的原理和控制方法有了更深入的了解。
我们的实验结果验证了我们的控制策略的有效性。
未来，我们将进一步改进控制算法，提高倒立摆的控制精度，并将其应用于实际工程中。
《智能控制算法设计及倒立摆实现》范文
《智能控制算法设计及倒立摆实现》篇一一、引言随着科技的进步和人工智能的快速发展，智能控制算法的应用日益广泛。
智能控制算法的设计和实现不仅关系到自动化和智能化的水平，也体现了现代控制理论和技术的发展趋势。
本文将重点探讨智能控制算法的设计思路，并以倒立摆系统为实例，详细阐述其实现过程。
二、智能控制算法设计概述智能控制算法是一种基于人工智能技术的控制方法，它通过模拟人类智能行为，实现对复杂系统的自动控制和优化。
智能控制算法的设计包括以下几个关键方面：1. 问题建模：针对实际问题的需求，建立合理的数学模型，以便于分析和处理。
2. 算法选择：根据问题的特点和需求，选择合适的智能控制算法，如神经网络、模糊控制、遗传算法等。
3. 参数设置：根据算法的要求，设置合适的参数，如学习率、权重等。
4. 算法实现：将选定的算法用编程语言实现，并集成到控制系统中。
三、倒立摆系统简介倒立摆系统是一种典型的控制问题，其结构简单但控制难度大。
倒立摆通常由一个基座、一个连杆和一个摆球组成，通过控制连杆的长度和电机等设备使摆球保持竖直状态。
倒立摆系统在工业自动化、机器人技术等领域有广泛的应用。
四、倒立摆系统的智能控制算法设计针对倒立摆系统的控制问题，本文采用基于神经网络的智能控制算法。
设计思路如下：1. 问题建模：建立倒立摆系统的数学模型，包括动力学模型和控制模型。
2. 神经网络选择：选用合适的神经网络结构，如前馈神经网络或递归神经网络，用于学习和预测倒立摆系统的行为。
3. 数据处理：收集倒立摆系统的历史数据，包括状态信息和控制信息，用于训练神经网络。
4. 训练与优化：利用神经网络对倒立摆系统进行训练和优化，使系统能够根据当前状态自动调整控制参数，保持摆球的竖直状态。
5. 参数调整与测试：根据实际控制效果，调整神经网络的参数，并进行多次测试和验证，确保系统的稳定性和可靠性。
五、倒立摆系统的实现过程以某倒立摆系统为例，具体实现过程如下：1. 硬件准备：准备倒立摆系统的硬件设备，包括基座、连杆、摆球、电机等。
倒立摆控制技术研究
倒立摆控制技术研究近年来，倒立摆控制技术的发展已经引起了人们广泛的关注。
此技术主要应用于工控、自动控制、航空航天等领域，然而其最为显著的应用就是在机器人领域中。
倒立摆的控制技术在工业生产中的应用已经非常广泛，其主要功能是通过控制倒立摆的运动实现对特定物件的精准定位和控制。
同时，倒立摆控制技术在拓扑稳定性控制、模糊控制，甚至是神经网络控制技术中都有广泛的应用。
近年来，随着自动化和人工智能技术的飞速发展，机器人技术的应用也越来越成为人们特别关注的一种技术。
而控制倒立摆技术在机器人领域的应用，更是得到了广泛的关注和研究。
那么，什么是倒立摆？倒立摆，简而言之就是一种物理系统，在平衡状态下，其表现出各种不同的动态效应。
它通常由一个摆杆和一个连接在摆杆上的小球组成，当摆杆在倾斜过程中，小球就会在其中振荡、滑动或者甚至是飞跃。
对于这种物理系统，在控制理论和控制工程领域中，研究人员经过很长一段时间的努力，已经开发出了各种不同的倒立摆控制技术，这些技术主要是通过调整和控制倒立摆的倾斜方向来控制其运动。
那么，倒立摆控制技术的优势和特点有哪些？首先，倒立摆控制技术可以帮助机器人在维持平衡方面更加稳定，从而实现更加精准的定位和控制。
其次，倒立摆控制技术还可以帮助机器人更加灵活地运动，从而扩展其使用范围。
对于倒立摆的控制技术，研究人员们通常采用模型预测控制、自适应控制和滑模控制等不同的技术路线。
而这些控制技术的核心点，都是如何建立一个合适的倒立摆控制模型来实现对机器人的控制。
在倒立摆控制模型的建立中，首先需要确定倒立摆的控制目标，确定控制目标之后，就可以根据目标模型建立控制模型。
在控制模型中，通常需要确定摆杆的质量、长度、重心、弹性等一些基本的参数，并且在控制系统中需要使用一些传感器来检测倒立摆的位置、速度、加速度等状态信息。
此外，倒立摆控制模型还需要根据摆杆的运动情况，建立一个回馈控制系统，在控制系统中需要通过精密的计算和控制算法来调整摆杆的偏角，进而实现对机器人运动的控制。
基于拟人智能控制方法的倒立
摘要倒立摆系统是一个自然不稳定体，在控制过程中能有效地反映控制中的许多关键问题，如镇定问题、非线性问题、鲁棒性问题、随动问题以及跟踪问题都可以以倒立摆为对象加以研究。
除此之外，倒立摆的研究对于火箭飞行控制和机器人控制等现代高科技的研究具有重要的实践意义。
因此对倒立摆的控制成为控制理论中经久不衰的研究课题。
本文首先阐述了倒立摆系统控制研究的发展过程和现状，其次分别采用牛顿力学方法和分析力学方法建立了一级倒立摆系统的数学模型，然后基于拟人智能控制理论，对单电机驱动下的在受限轨道上运动的小车—单摆系统进行控制算法的研究，最后设计实现了倒立摆拟人智能控制系统。
在Matlab环境下的仿真结果表明，采用拟人智能控制方法，能有效地解决小车—倒立摆这一复杂被控对象的稳定控制问题。
关键词：小车—单摆系，倒立摆稳定控制，Matlab，拟人智能控制Human-Imitating Intelligent Control-based Research and Implementation forInverted PendulumAbstractInverted pendulum system（IPS）is a natural body, in the control process can effectively reflect the control of many key issues, such as stabilization, nonlinear problems, robustness issues, with the move, as well as all issues can be tracked to the inverted pendulum for study object.In addition, the study of the inverted pendulum flight control for the rocket and robot control and other modern high-tech research has important practical significance.Therefore, the control of inverted pendulum control theory as a research topic of enduring.In this paper, the inverted pendulum on the control of the development process and the status quo, followed by the use of Newton's mechanics and analytical mechanics methods and the establishment of an inverted pendulum back to the mathematical model, and then to be based on intelligent control theory, under the single-motor drive orbit in the restricted movement of the car - simple pendulum system control algorithm, the final design of the inverted pendulum to the realization of intelligent control systems.Environment in the Matlab simulation results showed that the proposed intelligent control method can effectively solve the car - such a complex inverted pendulum control problem object.Keywords: Cart-pendulum System; Stabilizing Control; MATLAB; Human Simulating Intelligent Control目录摘要 (I)Abstract........................................................... I I 1绪论.. (1)1.1倒立摆系统简介 (1)1.2倒立摆系统的研究意义 (2)1.3倒立摆系统研究的现状 (2)1.4本论文主要工作 (5)2倒立摆系统物理模型和数学模型 (6)2.1倒立摆系统的物理模型 (6)2.2倒立摆系统建模 (6)2.2.1直线一级倒立摆的牛顿－欧拉方法建模 (7)2.2.2直线一级倒立摆的拉格朗日建模 (9)3倒立摆稳定的拟人智能控制 (13)3.1引言 (13)3.2拟人智能控制理论 (13)3.2.1广义归约 (13)3.2.2拟人 (14)3.3拟人智能控制的特点 (14)3.4一级倒立摆的拟人智能控制 (15)3.5本章小结 (17)4基于Matlab的倒立摆的拟人智能控制仿真 (18)4.1 Matlab平台简介 (18)4.2基于Matlab小车倒立摆控制系统的仿真 (21)4.3小车—单摆稳定控制的Matlab仿真结果 (23)4.3.1稳定控制的仿真结果: (23)4.4本章小结 (27)5 结论 (28)参考文献 (29)致谢 (30)1绪论1.1倒立摆系统简介杂技顶杆表演之所以为人们熟悉，不仅是其技术的精湛引人入胜，更重要的是其物理本质与控制系统的稳定性密切相关。
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ｈ ｔｉ ｕ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｏ ｔ ｌ ｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｆ ｌ ．Ｔ ｉ ｐ ｐ ｒｒ ｖｅ ｓｔ ｅ ａ ｐ ｉａｉ ｎ ｆｉｔ ｌ ｇ ｎ ｏ ｔｏ ｈ ｏ ｅ ｒｉｖ ｒ ｄ ｐ ｎ ｏ ｓ ｅ ｉ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｆ ｎ ｒ ｇｎ ｅ ｎ ｅｄ ｈ ｓ ａ ｅ ｅ ｉｗ ｈ ｐ ｌ ｔ ｓｏ ｅｌ ｅ ｔ ｎ ｒ ｌ ｅ ｒ ｓｆ ｎ ｅ ｅ ｅ — ｓ ｎ ｃ ｏｅ ｉ ｉ ｃ ｏ ｎ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｔ
控制器的输 出则 由下式决定 ：
“ ｔ ＝一２ ｈ（ ） （） （） ． ￡ Ｐ
以此来对倒立摆系统进行有 效控制 。 结果表明该算 法在
控制应用 中具有较强的鲁棒性 。
如今 ， 模糊集理论 、 神经网络理论 、 遗传算 法等 已应用 于 智能控制的前沿领域 ， 它们 的控制策略也 已被成功地运 用于
ｄ ｌｍ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｎ ｌ ｓ ｓｔ ｅｒ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔ ｓ ａ ｄ ｒｌ ｔ ｎ ｈ ｐ ｆｔ ｏ ｅ ａ ｐｉａ ｉｎ ． Ｆ ｒ ｅ ｍｏ ｅ，ｔｅ ｐ ｏ ｐ ｃ ｏ ｔ ｌ ｇ ｎ ｏ ｔ ｌ ｕｕ ｎ ｈ ｎ ａ ａ ｙ ｅ ｈ ｉ ｈ ｒｃ ｅｉ ｉ ｎ ｅ ａｉ ｓ ｉ ｓ ｏ ｈ ｓ ｐ ｌ ｔ ｓ ｕ ｔ ｒ ｒ ｓｃ ｏ ｃ ｏ ｈ ｈ ｒ ｓ ｅ ｔ ｆ ｉ ｅｌ ｅ ｔｃ ｎ ｒ ｎ ｉ ｏ ｔ ｅ ｒ ｓｆｒｉ ｖ ｒｅ ｅ ｄ ｌ ｍ ｓｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｈ ｒ ． ｈ ｏ ｅ ｅ ｄ ｐ ｎ ｕ ｕ ｉ ｉｃ ｓ ｅ ｅ ｅ ｉ ｏ ｎ ｔ Ｋｅ ｒ ｓ ｉｔ ｌ ｇ ｎ ｏ ｔ ｌ ｎ ｅ ｅ ｅ ｄ ｌ ｍ；ｎ ｕ ａ ｅｗ ｒ ｙ ｗｏ ｄ ：ｎ ｅｌ ｅ ｔ ｎ ｒ ；ｉｖ ｒ ｄ ｐ ｎ ｕ ｕ ｉ ｃ ｏ ｔ ｅ ｒ ｌ ｔ ｏ ｋ；ｇ ｎ ｔ ｌｏ ｔ ｍ ｎ ｅ ｅ控制可 以由人的直觉 和经验来确定模糊控制 规则 ， 但多次仿真结 果 证明 ， 立摆 的模 糊控制规 则很 难确 倒 定。其原因在 于 ， 对倒立摆 的任一给定位置 ， 都难以确定用多 大的力来使 它稳定 ， 甚至连力的方 向都无法确定 ； 如果控 制规 则不全 ， 该系统极易失控。故模糊 控制 中模糊 规则的获取是
ＬＩＹｏ ・ ａ ｇ， ｎｇ ｑｉ ｎ ＹＡＮＧ ｉ ｇ ｚ ｏ Ｍ ｎ ・ ｈ ｎｇ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｎ ｅ ｔｄ ｐ ｎ ｕ ｕ ｉ ｏ ｅ ｏ ｐ ｃ ｌｔｓｉｇ ｅ ｕ ｐ ｎ ｓｉ ｈ ｅ ｅ ｒｈ ｏ ｕ ｏ ｔ ｏ ｔｏ ｎ ｉ ｅ ｒ ｇ， ｎ ｔｉ ａｓ ｓ ｒ ｃ ：Ｉ ｖ ｒ ｅ ｄ ｌ ｍ ｓ ｎ ｆｔ ｉａ ｅ ｔ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｎ ｔｅ ｒ ｓ ａｃ ｆ ｔ ｍａｉ ｃ ｎ ｒ ｌ ｇ ｎ ｅ ｎ ａ ｄ ｉ ｓｌ ｏａ ｅ ｙ ｎ ａ ｃ ｅ ｉ
应 用 中的 关键 问题 。
基于倒立摆 系统 的 Ｔ—Ｓ Ｔ ｋ ｇ —Ｓ ｇｎ ） （ ａ ａｉ ｕｅ ｏ 模糊模型 ， 已
有学者分别设计 了模 糊控制器 和模糊观测器对倒 立摆系统进 行控制 ； 控制器与模糊系统都使用 如下模糊规则 ：
Ｉ Ｐ（）ｉ Ｍ＿ ｎ ， ａｄＰ（ ）ｉ Ｍ。 ｆ ｌ ｔ ｓ 】 ｄ … ｎ ｉｔ ｓ ｉ ａ ｔｅ （ ） 一Ｆ，ｔ ， ｈｎＵ ｔ ＝ ． ） （ ｉ ， ， ＝１ … ｒ
中圈分类号 ：Ｐ ８ｌ ． Ｔ １ｌ 文献标识码 ： Ａ ／
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＿
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Ｒｅｅ ｒ ｈ ｏ ｈ ｐ ｃ ｆ ｎ ｏ ｎ ｌ ｅ ｎ ｒ ｌ ｅ ｒ ｎ Ｃｏ ｔｏ ｙ ｔｍ ｆＩ ｖ ｒｅ ｎ ｕｕ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｅＡｐ ｆ ａ ｏ ｆＩ ￣ｌ ｇ ｎｔＣｏ ｔｏ ｉ ｉ ｉ Ｔｈ ｏ ｙ ｉ ｎ ｒ ｌＳ ｓｅ ｏ ｎ ｅ ｔｄ Ｐｅ ｄ ｌｍ
维普资讯
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文章编 号 ：０２— ８ ６ ２ ０ ） ２— ００ ０ １０ ６ ８ （０６ ０ ０ １０— ３
智 能控 制理 论 在 倒 立 摆 系统 中的应 用研 究
李永强 。 杨明忠
（ 汉理 工大学 机电工程 学院， 武 湖北 武汉 ４０７ ） ３０ ０
摘要： 摆是自 控制 倒立 动 理论与 研究 的典型试验设备， ・直是控制领 域研究的 本文对智能 热点 控制 理论在 倒毒 摆控制系 统中 应角进 的 行了 析。 分 讨论了 各种控制理论在该系 应用 统中 的特点， 对倒立捧系统的控制 前母作了 。 并 研究 展望
关键词 ： 智能控 制 ｛立摆 神 经网络 遗传算法 到
１ 引言
倒立摆是一个典型的非线性 、 多变量 、 强耦合和不稳定 的 高阶系统 。 倒立摆系统的控 制是控制理论 与应用 的典型范例。 对倒立摆的稳定控 制一直受到从 事控制理论以及工程研究 的 国内外专家学 者的关注 。在 这种控制过程 中 ， 立摆 系统 能 倒 有效地反映诸如可镇定性 、 鲁棒性 、 随动性 以及跟踪性 能等许 多控制中的关键问题 。通过对倒立摆 系统 的研究不仅可以解 决控制中的有关理论问题 ， 能将 控制理论 涉及 的三个主 要 还 基础学科 ： 力学 、 数学 和电学 （ 包含计算 机 ） 进行有机 的综 合 应用。在各种控制理论 与方法的研究 和应 用 中， 特别是在 工 程实践中， 存在一种可行性的试验 问题 ， 有关理论和方法通 将 过这种可行性试验得到有效的验证 ， 倒立摆 可为此提供 一个 从控制理论通往实践的桥梁… 。迄今 ， 人们 对倒立摆 系统 的 研究 已经非常深入 ， 在我 国已首次成功地 实现了对倒立摆 的