論文開題：倒立擺的控制

大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告
學(xué)院：信息學(xué)院　　　　　　　　　　　　　專業(yè)班級：08自動化　

課題名稱 倒立擺的控制

1、本課題的的研究目的和意義：
研究目的：
1. 倒立擺是研究非線性、強耦合、絕對不穩(wěn)定系統(tǒng)的控制方法的一個典型實例，研究使倒立擺穩(wěn)定的控制方法，是一個控制領(lǐng)域內(nèi)綜合性極強的課題。通過本課題的研究，進一步鞏固本科階段所學(xué)的各種控制理論，增強自己獨立思考問題及動手實踐的能力；
2. 從建立倒立擺的物理學(xué)模型，構(gòu)造出倒立擺的狀態(tài)空間方程，到選用合適的控制方式和控制算法，編寫控制程序用Matlab/Simulink工具在計算機上進行控制仿真，最后到實驗室在實驗裝置上調(diào)試，是一個復(fù)雜并考驗各學(xué)科知識綜合運用能力的過程。在這個過程中獲取項目開發(fā)經(jīng)驗，為將來在實際工作中開發(fā)與之有關(guān)的項目奠定基礎(chǔ)；
3. 通過對比不同控制策略的控制效果來找出最優(yōu)的控制方法，加深對這些控制
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實現(xiàn)其動態(tài)穩(wěn)定。隨著控制理論的發(fā)展，人們開發(fā)除了很多新的控制方法并成功應(yīng)用于倒立擺系統(tǒng)，如線性二次型調(diào)節(jié)器（LQR：liner quadratic regulator）最優(yōu)控制方法、基于遺傳算法的控制方法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊自適應(yīng)控制方法、基于模糊控制的控制方法等等。運用這些控制方法，逐步實現(xiàn)了對一階、二階倒立擺的穩(wěn)定控制，三階倒立擺的穩(wěn)定控制盡管更為復(fù)雜、更加難以實現(xiàn)，但隨著一系列先進控制理論、智能控制理論的發(fā)展，技術(shù)難題也在一點點的突破，控制三階倒立擺如今已并非難題。
由于對倒立擺這類復(fù)雜系統(tǒng)的控制最終依賴于控制理論的應(yīng)用，因此其未來的發(fā)展前景必然依賴于各種控制理論的發(fā)展、成熟與完善，尤其是以智能控制為主流。盡管現(xiàn)在運用智能的控制策略來實現(xiàn)倒立擺的穩(wěn)定控制并不困難，但現(xiàn)有的控制策略各有優(yōu)劣，如何實現(xiàn)不同控制策略的交匯融合，以實現(xiàn)其優(yōu)勢互補、劣勢抵消將是其未來一段時間發(fā)展的主要趨勢。此外，控制理論本就是數(shù)學(xué)、物理等各學(xué)科知識的一個綜合，現(xiàn)有的一些先進的控制策略也是在運用數(shù)學(xué)理論的算法的基礎(chǔ)上發(fā)展來的，所以，進一步開發(fā)數(shù)學(xué)物理中的先進理論，并形成新的控制算法，也是未來發(fā)展的一個趨勢。
3、 本課題的主要研究內(nèi)容（提綱）和成果形式：
研究內(nèi)容：
（1） 研究倒立擺系統(tǒng)建立狀態(tài)空間模型的方法；
（2） 研究倒立擺狀態(tài)反饋極點配置方法并實現(xiàn)LQR最優(yōu)控制；
（3） 以Matlab/Simulink為平臺模擬仿真，對比不同控制策略如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制的控制效果；
（4） 在實驗室的物理設(shè)備上驗證LQR最優(yōu)控制的控制效果。
成果形式：
以不同的控制方法實現(xiàn)實驗室倒立擺設(shè)備的穩(wěn)定控制。所運用的控制算法能夠?qū)崿F(xiàn)倒立擺的穩(wěn)定控制，并使擺角誤差在 范圍內(nèi)，使倒立擺最大可抗 的干擾。并在不同控制算法的結(jié)合上能有所創(chuàng)新。
4、擬解決的關(guān)鍵問題：
就是要構(gòu)建倒立擺系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，選用適宜的控制算法編寫控制程序，并在matlab上構(gòu)建仿真模型進行仿真，對比不同控制算法的控制效果，總結(jié)創(chuàng)新。
5、研究思路、方法和步驟：
研究步驟：
前期廣泛搜集與倒立擺控制相關(guān)的文獻，在系統(tǒng)復(fù)習(xí)經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)上深入學(xué)習(xí)狀態(tài)反饋極點配置理論、LQR最優(yōu)控制理論、模糊控制理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論等�？偨Y(jié)前人在倒立擺控制上的成果，盡量做到有所體會、有所創(chuàng)新。中前期建立倒立擺的狀態(tài)空間模型，運用適宜的控制方法對系統(tǒng)進行極點配置，建立完整的仿真模型并仿真。中后期選擇一種控制方法在實驗室設(shè)備上驗證控制效果。后期總結(jié)研究結(jié)果撰寫畢業(yè)設(shè)計論文。
思路和方法：
（1） 根據(jù)倒立擺系統(tǒng)多變量、非線性、強耦合的特點，選用使擺角誤差為最小值的控制策略，分別采用基于LQR最優(yōu)控制理論、模糊控制理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論的控制算法，建立仿真模型；
（2） 運用MATLAB/Simulink工具箱建立仿真模型并仿真，通過對輸出圖像中超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間等參數(shù)的研究來判斷其控制效果；
（3） 根據(jù)控制算法設(shè)計控制程序，并在實驗室倒立擺設(shè)備上在線調(diào)試，通過對其調(diào)節(jié)時間、抗干擾能力、超調(diào)量的研究判斷實際控制效果。
6、本課題的進度安排：
階段 起始日期 終止日期 進度 技術(shù)指標
第一階段 2012年2月20日 2012年3月4日 完成資料搜集及自動控制 ……（未完，全文共2845字，當(dāng)前僅顯示1809字，請閱讀下面提示信息。收藏《論文開題：倒立擺的控制》）