本科毕业设计论文
题 目 专业名称学生姓名指导教师毕业时间
倒立摆模糊控制系统设计
自动化
田琨
王敏、张科
2012-06
西北工业大学明德学院本科毕业设计论文
毕业 任务书
设计 论文
一、题目
倒立摆模糊控制系统设计
二、指导思想和目的要求
通过毕业设计，使学生对所学自动控制原理、现代控制原理、控制系统仿真、电子技术等的基本理论和基本知识加深理解和应用；培养学生设计计算、数据处理、文件编辑、文字表达、文献查阅、计算机应用、工具书使用等基本事件能力以及外文资料的阅读和翻译技能；掌握倒立摆模糊控制系统设计的方法和步骤，培养创新意识，增强动手能力，为今后的工作打下一定的理论和实践基础。
要求认真复习有关基础理论和技术知识，认真对待每一个设计环节，全身心投入，认真查阅资料，仔细分析被控对象的工作原理、特性和控制要求，按计划完成毕业设计各阶段的任务，重视理论联系实际，写好毕业论文。
三、主要技术指标
假设倒立摆系统的参数：
摆杆质量：m?0.1kg， 摆杆长度：2l?1m， 小车摩察系数：b?0.15N/(m?s)， 小车质量：M?1kg， 转动惯量：I?0.0034kg?m2， 重力加速度：g?9.8m/s2 设计系统满足以下要求： 调节时间： ts?4s 超调量： ?%?8%
四、进度和要求
1、搜集中、英文资料，完成相关英文文献的翻译工作，明确本课题的国内外研究现状及研究意义； （第1、2周）
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2、完成总体设计方案的论证并撰写开题报告； （第3、4周） 3、理论推导被控对象的数学模型； （第5、6周） 4、分析未加校正一级倒立摆控制系统性能； （第7、8周） 5、选用模糊控制方案设计满足性能指标要求的控制系统； （第9-11周） 6、整理资料撰写毕业论文；
（1）初稿 ； （第12、13周） （2）二稿 ； （第14周） 7、准备答辩和答辩。 （第15、16周）
五、主要参考书及参考资料
[1] 胡寿松.自动控制原理.科学出版社,2008(6)
[2] 卢京潮.自动控制原理.西北工业大学出版社，2010(6) [3] 席爱民.模糊控制技术.西安电子科技大学出版社,2008(6) [4] 薛定宇,陈阳泉.系统仿真技术与应用.清华大学出版社,2004(4) [5] 李廷军.模糊控制在倒立摆控制系统中的应用.中国期刊报, 2002 [6] 王正林.MATLAB/Simulink与控制系统仿真.电子工业出版社,2009(7) [7] 石辛民,郝整清.模糊控制及其MATLAB仿真.清华大学出版社,北京交通大学出版社,2008(3)
学生 田琨 指导教师 王敏、张科 系主任 __魏生民__
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摘 要
倒立摆系统是研究控制理论的一种典型的实验装置，广泛应用于控制理论研究，航空航天控制等领域，其控制研究对于自动化控制领域具有重要的价值。然而，倒立摆系统是一个多变量、非线性、自然不稳定系统。本文应用模糊控制策略对其进行控制研究。主要的内容如下：
1. 介绍一级倒立摆的研究背景和一级倒立摆的控制方法。
2. 根据牛顿力学定律，建立一级倒立摆的数学模型，研究一级倒立摆系统在平衡点附近的稳定性既可控性。
3. 通过一级倒立摆的特性和倒立摆的输入输出关系，采用基于一级倒立摆的模糊推理器设计控制一级倒立摆，给出仿真试验结果。
4. 在仿真试验的基础上，对获得的控制系统输出图进行了性能分析。 Ke主要影响系统的稳态误差，Kec影响系统的超调和调节时间，Ku对系统整体都有影响。当三个值达到最佳时，系统的稳定性也将达到最佳状态。 模糊控制器能很好的控制倒立摆的运行，达到控制目标。在系统中，模糊控制器可以迅速使倒立摆恢复到原来的平衡状态；改变倒立摆的参数后，模糊控制器也能在初始阶段出现振荡，而后达到了控制目标，控制性能表现出良好的适应性。
关键词：一阶倒立摆，数学模型，模糊控制，MATLAB仿真
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ABSTRACT
Inverted pendulum control system is to study the theory of a typical experimental device, widely used in control theory, the field of aerospace control, its control is important for the automation and control value .However, the inverted pendulum is a multivariable, nonlinear and nature instability system. This fuzzy control strategy to control research. The main contributions are as follows:
1. Research background and control methods of inverted pendulum system are introduced.
2. By making use of Newton mechanics, we give the controllability of inverted pendulum system near the balance position based on the model.
3. Depended on characteristic of inverted pendulum and the internal relation of the input variable and an adaptive controlled method are proposed. The simulation experiments results are also given.
4. Based on the simulation experiments,access control system output graph of the performance analysis.
The Ke mainly affects the steady state error, Kec affect the system overshoot and adjustment time, Ku has an impact on the overall system. When the three values to achieve the best stability of the system will reach the best condition.
Fuzzy controller can control the inverted pendulum operation, to achieve the control objectives. In the system, the fuzzy controller can be quickly inverted pendulum back to the original state of equilibrium; change the parameters of the inverted pendulum fuzzy controller oscillations in the initial stages and then to achieve the control objectives, control performance showed good adaptability.
KEY WORDS: inverted pendulum, mathematical model, fuzzy control, MATLAB simulation
II