单级倒立摆的简化模糊控制及仿真研究

2012年03月07日11:54:31 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

关键字：应用

李红伟
西南石油大学研究生部，四川成都

西南石油大学电气信息学院，四川成都

摘　　　要：单级倒立摆系统是一种广泛应用的物理模型，为了研究其特性，应用拉格朗日方程建立了其精确数学模型，建模中考虑了摩擦力。同时为解决模糊多变量控制中的“维数灾”问题，利用单输入规则动态加权推理模糊控制器（ＳＩＲＭｓ）实现了单级倒立摆系统的控制，ＳＩＲＭｓ将多维模糊控制问题化简成单维模糊控制问题来解决，大大减少了模糊规则数。利用随机优化搜索法优化了控制参数，其中，所建立的动态参数权重使得摆杆角度控制优先于小车位移控制，故倒立摆不会因为同时控制角度与小车位移而失去稳定性。利用Ｖｉｓｓｉｍ对基于ＳＩＲＭｓ模糊控制器的倒立摆系统进行了仿真实验，结果表明该方法能够较好地完成倒立摆的运动控制，系统跟踪速度快，超调量小，具有很强的鲁棒性和更好的动静态特性，验证了模型和控制算法的有效性。

关　键　词：倒立摆；ＳＩＲＭｓ模糊控制；动态参数权重；Ｖｉｓｓｉｍ软件；仿真

１　引　言
单级倒立摆是一种典型的多变量、非线性、强耦合的不稳定系统，其研究可归结为对多变量非线性系统的研究［１］。从工程应用上讲，卫星的姿态控制、机器人的关节运动控制和起重机械的稳钩装置等都和倒立摆模型有相似之处，所以，对倒立摆系统的控制研究具有重要的工程背景和实际意义［２３］。针对单级倒立摆的控制问题，曾有不同的模糊控制算法对其进行控制。其中，经典的模糊控制算法采取对４个输入变量同时进行模糊推理，可将倒立摆维持倒立［４］，但对倒立摆的定点控制效果不太理想。采用递阶模糊控制器来解决多变量模糊效果很好［５］，但存在着系统较复杂的问题。而使用ＳＩＲＭｓ（单输入规则模块）的控制系统是一种很好的解决方法［６］，这个算法解决了模糊控制规则数目随输入变量成指数增长的问题。相对于其他算法，ＳＩＲＭｓ算法只进行较少的乘法运算，不用做除法运算，实用中更易于硬件实现。

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