模糊控制理论在两轮移动式倒立摆中的应用及实现

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倒立摆是一个非线性的、不稳定的系统。为了达到摆杆平衡的目的,可以用各种控制算法对倒立摆进行控制,因此倒立摆成为验证各种控制方法和控制理论教学的理想实验平台。两轮移动式倒立摆是建立在倒立摆基础上,比常规倒立摆复杂。两轮移动式倒立摆是三个自由度的、多变量的、强耦合和非线性的自然不稳定系统。模糊控制在处理非线性、时变对象、未知对象模型等较复杂系统时可以获得较好的控制效果。两轮移动式倒立摆精确的数学模型是经过线性化处理的,随着摆杆的摆动,其数学模型也在变化,可以用模糊控制实现对倒立摆的控制。本文研究的成果是为两轮移动式倒立摆的研究提供了仿真平台,提出了一种对两轮移动式倒立摆有效的模糊控制方法。   本文主要研究内容包括:   1、应用牛顿力学原理对斜面上行走的两轮移动式倒立摆进行分析,建立了两轮移动式倒立摆的数学模型,并将原系统解耦分解成两个独立的子系统。   2、在MATLAB的Simulink环境中,建立了两轮移动式倒立摆的数学模型,为研究两轮移动式倒立摆提供了仿真平台。   3、机械结构方面,采购了一对电机,两个光电码盘,一个陀螺仪,一个倾角传感器,两个电动车车轮,两块铁锂电池,做了两轮移动式倒立摆的箱体和摆杆。   4、硬件方面,以TMS320LF2407A为核心控制芯片,实现对系统内各种传感器信号的采集与处理,控制算法的实现。在已有电路板的基础上对底层驱动板做了改进,对电路结构进行了调整。   5、软件方面,由状态反馈极点配置控制原理和常规模糊控制原理编写了两套程序。在MATLAB的 Simulink的环境中,对两种控制器进行仿真,并进行了实践验证。   6、在状态反馈极点配置控制和常规模糊控制的基础上,本文提出了两轮移动式倒立摆的开关切换模糊极点配置控制思想。
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