论文开题：倒立摆的控制

大学本科毕业论文(设计)开题报告
学院：信息学院　　　　　　　　　　　　　专业班级：08自动化　

课题名称 倒立摆的控制

1、本课题的的研究目的和意义：
研究目的：
1. 倒立摆是研究非线性、强耦合、绝对不稳定系统的控制方法的一个典型实例，研究使倒立摆稳定的控制方法，是一个控制领域内综合性极强的课题。通过本课题的研究，进一步巩固本科阶段所学的各种控制理论，增强自己独立思考问题及动手实践的能力；
2. 从建立倒立摆的物理学模型，构造出倒立摆的状态空间方程，到选用合适的控制方式和控制算法，编写控制程序用Matlab/Simulink工具在计算机上进行控制仿真，最后到实验室在实验装置上调试，是一个复杂并考验各学科知识综合运用能力的过程。在这个过程中获取项目开发经验，为将来在实际工作中开发与之有关的项目奠定基础；
3. 通过对比不同控制策略的控制效果来找出最优的控制方法，加深对这些控制
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实现其动态稳定。随着控制理论的发展，人们开发除了很多新的控制方法并成功应用于倒立摆系统，如线性二次型调节器（LQR：liner quadratic regulator）最优控制方法、基于遗传算法的控制方法、基于神经网络的模糊自适应控制方法、基于模糊控制的控制方法等等。运用这些控制方法，逐步实现了对一阶、二阶倒立摆的稳定控制，三阶倒立摆的稳定控制尽管更为复杂、更加难以实现，但随着一系列先进控制理论、智能控制理论的发展，技术难题也在一点点的突破，控制三阶倒立摆如今已并非难题。
由于对倒立摆这类复杂系统的控制最终依赖于控制理论的应用，因此其未来的发展前景必然依赖于各种控制理论的发展、成熟与完善，尤其是以智能控制为主流。尽管现在运用智能的控制策略来实现倒立摆的稳定控制并不困难，但现有的控制策略各有优劣，如何实现不同控制策略的交汇融合，以实现其优势互补、劣势抵消将是其未来一段时间发展的主要趋势。此外，控制理论本就是数学、物理等各学科知识的一个综合，现有的一些先进的控制策略也是在运用数学理论的算法的基础上发展来的，所以，进一步开发数学物理中的先进理论，并形成新的控制算法，也是未来发展的一个趋势。
3、 本课题的主要研究内容（提纲）和成果形式：
研究内容：
（1） 研究倒立摆系统建立状态空间模型的方法；
（2） 研究倒立摆状态反馈极点配置方法并实现LQR最优控制；
（3） 以Matlab/Simulink为平台模拟仿真，对比不同控制策略如模糊控制、神经网络控制、模糊神经网络自适应控制的控制效果；
（4） 在实验室的物理设备上验证LQR最优控制的控制效果。
成果形式：
以不同的控制方法实现实验室倒立摆设备的稳定控制。所运用的控制算法能够实现倒立摆的稳定控制，并使摆角误差在 范围内，使倒立摆最大可抗 的干扰。并在不同控制算法的结合上能有所创新。
4、拟解决的关键问题：
就是要构建倒立摆系统的状态空间模型，选用适宜的控制算法编写控制程序，并在matlab上构建仿真模型进行仿真，对比不同控制算法的控制效果，总结创新。
5、研究思路、方法和步骤：
研究步骤：
前期广泛搜集与倒立摆控制相关的文献，在系统复习经典控制理论和现代控制理论的基础上深入学习状态反馈极点配置理论、LQR最优控制理论、模糊控制理论、神经网络控制理论等。总结前人在倒立摆控制上的成果，尽量做到有所体会、有所创新。中前期建立倒立摆的状态空间模型，运用适宜的控制方法对系统进行极点配置，建立完整的仿真模型并仿真。中后期选择一种控制方法在实验室设备上验证控制效果。后期总结研究结果撰写毕业设计论文。
思路和方法：
（1） 根据倒立摆系统多变量、非线性、强耦合的特点，选用使摆角误差为最小值的控制策略，分别采用基于LQR最优控制理论、模糊控制理论、神经网络控制理论的控制算法，建立仿真模型；
（2） 运用MATLAB/Simulink工具箱建立仿真模型并仿真，通过对输出图像中超调量、调节时间等参数的研究来判断其控制效果；
（3） 根据控制算法设计控制程序，并在实验室倒立摆设备上在线调试，通过对其调节时间、抗干扰能力、超调量的研究判断实际控制效果。
6、本课题的进度安排：
阶段 起始日期 终止日期 进度 技术指标
第一阶段 2012年2月20日 2012年3月4日 完成资料搜集及自动控制 ……（未完，全文共2845字，当前仅显示1809字，请阅读下面提示信息。收藏《论文开题：倒立摆的控制》）