倒立摆是一个自然不稳定体，在控制过程中，能有效的反映控制中的许多关键问题，其控制方法在军工、航天、机器人领域和一般工业过程中都有着广泛的用途，如机器人行走过程中的平衡控制、火箭发射中的垂直度控制和卫星飞行中的姿态控制等均涉及到倒置问题。对倒立摆系统的研究在理论上和方法上均有着深远意义。
倒立摆系统稳定与控制的研究在国外始于60年代，我国则从70年代中期开始研究。倒立摆系统是一个典型的多变量、非线性、强耦合和快速运动的自然不稳定系统。在控制过程中能反映控制中的许多关键问题，如镇定问题、非线性问题、鲁棒性问题、随动问题以及跟踪问题等，特别是基于倒立摆系统的PID研究策略，各国专家学者在这一领域进行了长期不懈的研究和探索。目前国内外对倒立摆的一系列研究中，绝大部分基于仿真的控制算法研究，所建立的模型大部分只是摆杆及小车部分,而对整个倒立摆系统建模的较少。而且，国内研究所用的机械系统大多从专业生产厂家购置，价格昂贵，困难。因此，本研究将倒立摆系统模型与系统仿真技术结合起来，以倒立摆算法和实际系统相结合的研究提供一定参考依据。
本科毕业设计论文
题 目直线一级倒立摆模糊控制系统的研究
ห้องสมุดไป่ตู้系 别电气与信息工程系
专 业自动化
班 级自动化701学号07010306
学生姓名王金钰
指导老师郭霞
2011年6月
摘
本文以直线一级倒立摆为被控对象，应用模糊控制算法设计了一个二维模糊控制器，实现了直线一级倒立摆的倒立摆控制。
直线一级倒立摆由直线运动模块和一级摆体组件组成，是最常见的倒立摆之一。设计直线一级倒立摆，首先要清楚直线一级倒立摆及它的特性，其次用数学建模的方法建立直线一级倒立摆模型，最后对模糊控制设计方法进行了控制器结构设计和参数设计。本文重点分析了模糊控制器的设计涉及的各项内容在理论上对系统性能的影响，设计了一个二维模糊控制器，以Matlab/Simulink为平台，搭建了倒立摆系统的模糊控制仿真模型，仿真结果表明该控制器可到良好的控制效果，系统的抗干扰能力很强；同时，分析了模糊控制器各项参数对系统性能的影响。
KEYWORDS:Linear level inverted pendulum,Fuzzy control,Matlabsimulation
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计算机的诞生和发展给自动控制增添了先进的工具，现代控制理论的发展，又给自动控制提供了新的理论支柱。经典和现代的控制理论与计算机技术相结合，出现了新型的计算机控制系统。计算机控制系统从诞生时起，就显示出强劲的发展势头，迅速的应用于各种自动控制中。特别是在多数入多输出的参数相互耦合的系统中、数学模型不易辨识的模糊系统中，得到广泛应用，起到不可取代的作用。
本课题设计主要以本系自动化专业实验室为主要工作室，针对于实验室的一级倒立摆为实际控制对象。为了实现强稳定性和鲁棒性的控制结果，我们需要寻求有效地控制策略。但是考虑到倒立摆系统本身是一个自然不稳定体，在控制过程中能有效地反映控制中的许多关键问题系统，所以在满足主要控制要求的同时，满足对各种扰动的抑制以级对指令的无延时、无超调的跟踪，选择一种合适的、成功地控制策略，发展高性能的直线一级倒立摆系统已成为国内外众多学者的共识，近年来也在此问题上作出了许多的努力，用不少先进的控制策略在直线一级倒立摆系统控制领域得到了成功地应用。
This article mainly analyzes the design of fuzzy controller in theory the content involved effect the performance of the system. Designed a two-dimensional fuzzy controller to Matlab/Simulink as a platform, set up the inverted pendulum fuzzy control system simulation model, simulation results show that the controller can achieve good control of the system and anti-interference ability to follow strong;At the same time, an analysis of the parameters of fuzzy controller for the impact on system performance; The control algorithm is applied to the physical control, good control system anti-interference ability.
关键词：直线一级倒立摆，模糊控制，Matlab仿真
ABSTR
In this paper, a straight line to an inverted pendulum controlled object, the application of fuzzy control algorithm designed a two-dimensional fuzzy controller, the realization of the linear inverted pendulum an inverted pendulum control.
Linear level inverted pendulum is made of Linear motion module and Level one place body components, It is one of the most common handstand pendulum. Design linear level, first we make clear inverted pendulum straight level inverted pendulum and its characteristics;secondly we use mathematical modeling method to set up straight level inverted pendulum model; Finally, using the fuzzy control design method of structural design and parameters of the controller design.