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倒立摆问题是非线性动态系统控制中一个经典问题,倒立摆系统是一种非线性、多变量和绝对不稳定的系统。在近代机械控制系统中,如航空航天上直升飞机、火箭发射、卫星发射及生活中的做体操、花样滑冰、单轮骑车等等,都存在类似于倒立摆的稳定控制问题。因此实现倒立摆系统稳定控制的研究对实际工程和现实生活有非常重要的意义。 传统的PID控制仍然占有权威的地位,由它控制的倒摆系统鲁棒性也很好,并能长时间稳定站立,但参数确定很复杂,而且参数调节也很难,所以又采用了状态空间法。 利用牛顿第二定律及相关的动力学原理等建立数学模型,对小车和摆分别进行受力分析,并采用等效小车的概念,列举状态方程,进行线性化处理,最后通过极点配置,得到变量系数阵。通过这种方法得到,倒立摆系统稳定于极限环,并且极点配置为鞍点配置,这在其它文献中还没有提到,有待进一步验证。该方法的不足之处是线性化处理,存在很大的近似性。 智能控制在多变量的控制中起到很好的作用。状态空间法中对状态方程进行近似处理,出现了不精确因素。所以我们采用智能控制的模糊规则,因本方法不需要精确的数学模型,因此精确度会更高,制定规则需要详尽和完备的工作,我们通过观察倒立摆系统位置和角度变化时,需要施加什么样的力,多大的力等来制定规则,这当中作了大量的工作。这样便于控制规则表的精确制定。在规则表的计算当中,我们可以采用智能控制书上的计算方法,也可采用MATLAB或C语言编程计算,这样便于减少计算量。通过对倒立摆系统的控制,得知模糊规则能使倒立摆系统达到稳定控制,而且控制效果很好。这是本论文的主要工作。在这个方向上的工作还有待进一步深入研究。 采用智能控制方法在控制其他类似于该装置时,也会有很好的控制作用。另外,在规则表中,多考虑几个输入参数,控制效果应该会更好些,但计算量往往成级别的增加。