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1、洛阳理工学院毕业设计（论文）I一级倒立摆模糊控制摘 要倒立摆是一个典型的多变量、高阶、非线性、强耦合本征不稳定系统。因此，倒立摆主要应用于火箭发射过程的姿态调整和直升机飞行控制领域中。本论文在参考大量文献的基础上，建立了一级倒立摆系统的数学模型，对系统进行了稳定性、可控性分析，指出一阶倒立摆的开环不稳定性。文章主要完成了：一级倒立摆动力学模型和模糊 PID 控制器模块的设计，确定了输入输出信号的论域、隶属度函数和模糊规则，最后利用 Matlab 中的 simulink 工具箱创建了基于模糊控制理论的一级倒立摆系统的 simulink 仿真模型，对倒立摆系统进行分析。仿真结果证明模糊 PID 控
2、制不仅可以稳定倒立摆系统，还使小车稳定在平衡位置附近，证明了本文设计的模糊 PID 控制器有良好的稳定性、鲁棒性和适应性。关键词：倒立摆，PID 控制，MATLAB，模糊控制洛阳理工学院毕业设计（论文）IIThe Fuzzy Control of an Linear Inverted Pendulum ABSTRACTHandstand pendulum is a typical multivariable and high order, nonlinear and strong coupling eigen unstable system. Therefore, inverted pendu
3、lum is mainly used in the process of the rocket attitude adjustment and helicopter flight control field. This thesis in reference on the basis of a large number of documents, a level inverted pendulum mathematic model of the system, and the stability of the system is analyzed and controllable, and p
4、oints out that the first-order handstand pendulum open-loop instability. This article mainly completed: level inverted pendulum dynamics model and fuzzy PID controller module design, confirmed the input and output signal of domain, the membership function and fuzzy rules, and use of Matlab toolbox o
5、f simulink based on fuzzy control theory to create the level inverted pendulum system simulink7.1 simulation model for inverted pendulum system is analyzed. The simulation results prove that the fuzzy PID control can not only stable inverted pendulum system, but in the stable equilibrium position pr
6、oved in this paper, near the fuzzy PID controller design has good stability and robustness and adaptability. Keywords: inverted pendulum, PID control, MATLAB, the fuzzy control洛阳理工学院毕业设计（论文）III目 录前 言.1第 1 章 绪论.21.1倒立摆系统简介.21.2 倒立摆的发展.31.3 本论文的主要工作.4第 2 章 一级倒立摆系统的结构及其数学模型.62.1 一级倒立摆的系统组成.62.2 数学模型.62
7、.2.1 系统的受力分析.62.3 一级倒立摆的可控性分析.10第 3 章 倒立摆系统的经典与现代控制算法设计.113.1 一级倒立摆系统的 PID 控制算法设计.113.1.1 理论分析.11第 4 章 模糊控制.144.1 模糊控制的背景知识.144.2 模糊控制基本思想.144.2.1 模糊集合及其运算.154.2.2 模糊集合的运算.154.3 模糊逻辑及近似计算.174.3.1 模糊逻辑.174.3.2 近似推理.184.3.3 合成运算方法的选择.184.3.4 句子连接关系的逻辑运算.19第 5 章 倒立摆系统的模糊控制算法设计.205.1 模糊控制器的基本结构和组成.205.2
8、 模糊控制的机构介绍.225.2.1 单输入-单输出模糊控制器结构.225.2.2 多输入-多输出模糊控制器.23洛阳理工学院毕业设计（论文）IV5.3 一级倒立摆的模糊控制器的设计.245.3.1 概述.245.3.2 模糊控制器的结构设计.245.3.3 模糊控制器规则的设计.255.4 精确量的模糊化.285.5 模糊推理及其模糊量非模糊化方法.295.6 模糊控制规则表.305.7 论域、量化因子、比例因子的选择.315.7.1 论域及基本论域.315.7.2 量化因子及比例因子.31第六章 倒立摆系统的仿真研究.336.1 MATLAB 软件的介绍.336.2 SIMULINK 工具箱和模糊逻辑工具箱 .336.3 一级倒立摆模糊控制系统仿真.
