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倒立摆系统的设计摘要倒立摆是一个非线性、强耦合、多变量和自然不稳定的系统。
通过它能有效地反映控制过程中诸如可镇定性、鲁棒性、随动性以及跟踪等多种关键问题，是检验各种控制理论的理想模型。
对倒立摆系统的研究不仅具有很重要的理论意义，而且在航天科技和机器人学领域中也有现实指导性意义。
本文以直线二级倒立摆模型为控制对象，阐述了倒立摆稳定控制的研究现状以及倒立摆系统的控制系统及机械结构组成。
在数学模型的基础上，重点分析基于Lagrange方程进行数学模型的方法，以及系统的能控性和能观测性。
接着进行了倒立摆系统的LQR控制方法研究。
运用最优控制理论，探讨了加权矩阵Q 和R的选取方法。
然后利用Matlab软件建立倒立摆系统模型，对二级倒立摆的LQR控制器进行了设计与仿真，利用Simulink建立了二级倒立摆的LQR控制模型，实现了二级倒立摆系统的稳定控制。
结果表明本文所给出的控制策略是有效的。
最后对倒立摆系统时滞问题进行了分析,给出了系统稳定性的判别公式。
关键词：倒立摆；Lagrange方程；数学模型；最优控制；SIMULINKDesign of Inverted Pendulum SystemABSTRACTInverted pendulum is a nonlinear,coupling,variable and natural unsteadiness system.During the controlprocess,pendulum can effectively reflect many pivotal problems such as equanimity, robust,follow-up and track.Therefore,it is a perfect model used to testing various control theories.Studying on inverted pendulum not only has a very important theory significance,but also has a realistic directory meaning in aerospace science and technology and robotics.In this paper,we establish mathematical models of double inverted pendulum system,and analyze the controllability and observability of these models.According to the theoretical analysis,this paper puts forward a solution that it is found by Linear Quadratic Optimal Control Theory.In the following,we design a double inverted pendulum’s controller based on the theory.Based on introducing the present established mathematical model，the method of the Mathematical model was done by analyzing the Lagrange equation. And the system characteristic was briefly analyzed.Next we do research on LQR control algorithm of inverted pendulum system.By using optimization control theory,the selection of matrix Q and R is dicussed.It is introduced how to realize the simulation of the inverted pendulum system by the Matlab.Double inverted pendulum LQR controller is designed and emulated.LQR control model is programmed by Simulink, control of double inverted pendulum hardware system is realized.And it indicates that the control strategy proposed in this paper is effctive.Finally，we analysis the time-delay problem of double inverted pendulum system, get the giscriminant formula of the Stability of the system.Keywords: inverted pendulum；Lagrange equation；mathematical model；optimization control theory；Simulink目录1绪论 (1)1.1倒立摆系统研究的意义和前景 (1)1.2倒立摆系统的研究现状 (1)1.3课题任务 (2)2倒立摆系统建模与性能分析 (3)2.1系统数学模型的建立 (3)2.1.1倒立摆系统的运动分析 (3)2.1.2模型建立的基本方法 (4)2.1.3模型的建立 (4)2.2倒立摆系统性能分析 (8)2.2.1系统稳定性原理 (8)2.2.2系统能控性和能观性 (9)2.2.3二级倒立摆系统性能 (9)3 倒立摆系统控制与仿真 (11)3.1 LQR理论基础 (11)3.1.1 线性二次型问题 (11)3.1.2无限时间状态调节器问题 (12)3.2矩阵黎卡提方程的求解 (12)3.3 Simulink概述 (12)3.4二级倒立摆最优控制器的设计 (13)3.4.1最优控制器的设计 (13)3.4.2二级倒立摆系统仿真 (14)4倒立摆系统的实时控制 (17)4. 1硬件在回路仿真技术 (17)4.2系统实现方案介绍 (17)4.3系统实时性分析 (18)4.4系统实现方案确定 (20)4.5本章小结 (20)5摆系统时滞问题 (21)5.1 系统的稳定性 (21)5.2小结 (23)6 结论 (24)谢辞 (25)参考文献 (26)附录A (27)附录B (34)1 绪论1.1倒立摆系统研究的意义和前景倒立摆系统是一个非线性程度严重的高阶不稳定系统，也是一个典型的多变量系统。
模糊控制技术发展现状及研究热点摘要：综合介绍丁模糊控制技术的基本原理和发展状况，重点总结丁近年来该研究领域的热点问题，并对今后的发展前景进行了展望。
关键词：模糊控制结构分析稳定性白适应控制1模糊控制的热点问题模糊控制技术是一项正在发展的技术，虽然近年来得到了蓬勃发展，但它也存在一些问题，主要有以下几个方面：（1）还投有形成完挫的理论体系，没有完善的稳定性和鲁棒性分析，系统的设计方法(包括规则的获取和优化、隶属函数的选取等)；（2）控制系统的性能小太高(稳态精度牧低，存在抖动及积分饱和等问题)：（3）自适应能力有限。
目前，国内外众多专家学者围绕着这些问题展开了广泛的研究，取得了一些阶段性成果，下面介绍一下近期的主要研究热点。
2模糊控制系统的稳定性分析任何一个自动控制系统要正常工作，首先必须是稳定的。
由于模糊系统本质上的非线性和缺乏统一的系统描述，使得人们难以利用现有的控制理论和分析方法对模糊控制系统进行分析和设计。
因此，模糊控制理论的稳定性分析一直是一个难点课题，未形成较为完善的理论体系。
正因为如此，关于模糊系统的稳定性分析近年来成为众人关注的热点，发表的论文较多，提出了各种思想和分析方法。
目前模糊控制系统稳定性分析方法主要有以下几种：（1）李亚普诺夫方法（2）基于滑模变结构系统的稳定性分析方法（3）描述函数方法（4）圆稳定性判据方法模糊控制系统的稳定性分析还有相平面法、关系矩阵分析法、超稳定理论、Popov判据、模糊穴——穴映像、数值稳定性分析方法以及最近出现的鲁棒控制理论分析方法和LMI（矩阵不等式）凸优化方法等。
3自适应模糊控制器的研究为了提高模糊控制系统的自适应能力，许多学者对自适应模糊控制器进行了研究，研究方向主要集中在以下方面。
（1）自校正模糊控制器自校正模糊控制器是在常规模糊控制的基础上，采用加权推理决策，并引入协调因子，根据系统偏差e和偏差变化ec的大小，预测控制系统中的不确定量并选择一个最佳的控制参数或控制规则集，在线自动调整保守和大胆控制的混合程度，从而更全面确切地反映出入对诸因素的综合决策思想，提高系统的控制精度和鲁捧性能。
西安理工大学自动化与信息工程学院 2004 届学生毕业设计（论文）保存情况一览表西安理工大学自动化与信息工程学院 2004 届学生毕业设计（论文）保存情况一览表西安理工大学自动化与信息工程学院 2004 届学生毕业设计（论文）保存情况一览表西安理工大学自动化与信息工程学院 2004 届学生毕业设计（论文）保存情况一览表西安理工大学自动化与信息工程学院 2004 届学生毕业设计（论文）保存情况一览表西安理工大学自动化与信息工程学院 2004 届学生毕业设计（论文）保存情况一览表西安理工大学自动化与信息工程学院 2004 届学生毕业设计（论文）保存情况一览表西安理工大学自动化与信息工程学院 2004 届学生毕业设计（论文）保存情况一览表西安理工大学自动化与信息工程学院 2004 届学生毕业设计（论文）保存情况一览表西安理工大学自动化与信息工程学院 2004 届学生毕业设计（论文）保存情况一览表西安理工大学自动化与信息工程学院 2004 届学生毕业设计（论文）保存情况一览表西安理工大学自动化与信息工程学院 2004 届学生毕业设计（论文）保存情况一览表西安理工大学自动化与信息工程学院 2004 届学生毕业设计（论文）保存情况一览表西安理工大学自动化与信息工程学院 2004 届学生毕业设计（论文）保存情况一览表西安理工大学自动化与信息工程学院 2004 届学生毕业设计（论文）保存情况一览表西安理工大学自动化与信息工程学院 2004 届学生毕业设计（论文）保存情况一览表西安理工大学自动化与信息工程学院 2004 届学生毕业设计（论文）保存情况一览表西安理工大学自动化与信息工程学院 2004 届学生毕业设计（论文）保存情况一览表西安理工大学自动化与信息工程学院 2004 届学生毕业设计（论文）保存情况一览表西安理工大学自动化与信息工程学院 2004 届学生毕业设计（论文）保存情况一览表。
模糊控制――文献综述摘要模糊控制理论是以模糊数学为基础，用语言规则表示方法和先进的计算机技术,由模糊推理进行决策的一种高级控制策。
模糊控制作为以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制，它已成为目前实现智能控制的一种重要而又有效的形式尤其是模糊控制和神经网络、遗传算法及混沌理论等新学科的融合，正在显示出其巨大的应用潜力。
实质上模糊控制是一种非线性控制，从属于智能控制的范畴.模糊控制的一大特点是既具有系统化的理论,又有着大量实际应用背景。
本文简单介绍了模糊控制的概念，模糊控制系统的组成，模糊控制的算法，其中包含模糊控制系统的原理、模糊控制器的分类及其设计元素。
最后以模糊PID复合控制在锅炉汽包水位控制中的应用说明模糊控制系统的整体设计过程，通过仿真证明了模糊控制显示出的优势。
1. 模糊控制的基本思想模糊控制是模糊集合理论中的一个重要方面，是以模糊集合化、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制,从线性控制到非线性控制的角度分类，模糊控制是一种非线性控制；从控制器的智能性看,模糊控制属于智能控制的范畴[1][2]。
模糊控制是建立在人类思维模糊性基础上的一种控制方式,模糊逻辑控制技术模仿人的思考方式接受不精确不完全信息来进行逻辑推理，用直觉经验和启发式思维进行工作，是能涵盖基于模型系统的技术。
它不需用精确的公式来表示传递函数或状态方程，而是利用具有模糊性的语言控制规则来描述控制过程。
控制规则通常是根据专家的经验得出的，所以模糊控制的基本思想就是利用计算机实现人的控制经验［3].2. 模糊控制系统的组成及结构分析摸糊控制系统是采用计算机控制技术构成的一种具有反馈通道的闭环结构的数字模糊控制系统。
智能性的模糊控制器是模糊控制系统的核心，一个模糊控制系统性能的优劣，主要取决于模糊控制器的结构，所采用的模糊控制规则、合成推理算法以及模糊决策的方法等因素[6] ［7］。
模糊控制系统组成原理如图1所示。
