检索作业

中北大学

2013研究生《文 献 检 索 》 考核作业

课题名称

中文___小车倒立摆系统模糊控制器的设计与仿真_____ 英文__Design and Simulation of fuzzy controller of the

inverted pendulum system__

一、分析课题 1．课题名称

中文：小车倒立摆系统模糊控制器的设计与仿真

英文：Design and Simulation of fuzzy controller of the inverted

pendulum system

2．课题背景、内容及意义

近年来模糊控制的发展异常迅速.目前，模糊控制技术已在各个领域获得大量应用，特别在工业过程控制、航空、冶金、石油化工、动力设施、交通运输和机器人方面的成果尤为明显。模糊控制技术的应用对日常生活用具方面也产生重大影响，包括模糊全自动洗衣机，模糊电饭煲等家电产品。但从整体上看，正如德国的一位模糊逻辑权威指出的那样，模糊理论潜藏的巨大潜力实际上存在与各种

工业过程控制、机器人以及专家系统中，因此还远未挖掘出来，随着社会的不断向前发展，人类实践活动的不断深入，可以预见模糊控制的应用将会越来越广泛。

内容及意义：倒立摆系统是一个比较复杂的，带有快速、高阶次、多变量、严重非线性绝对不稳定和非最小相位系统的机电系统，它的稳定控制是控制理论应用的一个典型范例。倒立摆系统一直是控制理论中非常典型的实验设备，也是控制理论教学和科研中不可多得的典型物理模型。虽然它的数学模型复杂但倒立摆系统的稳定控制能非常直观地说明控制理论的优点和有效性，同时它还涉及到系统辨识、非线性系统等方面，所以倒立摆系统的控制一直是控制领域研究的热点。

3．课题所属学科（要求写出中图分类号） 课题所属学科：自动化技术、计算机技术 中图分类号：TP13 4．检索词

中文：倒立摆 模糊控制 matlab

英文：Inverted pendulum Fuzzy control matlab

5．涉及的文献类型：图书、期刊、学位论文、科技报告、专利、标准?（至少三种）

6．检索年限：2010年至今 二、选择检索工具

中文检索工具：中国知网、万方数据库，百链云图书馆、百度 英文检索工具：SCI数据库、Ei compendex 数据库、Scipencedirect（Elsevier）数据库，谷歌

三、各数据库检索情况 1．中文数据库 （1）数据库名称：

网址：http://www.cnki.net/

检索步骤：关键词+时间+学科领域

检索结果：共检索到8条相关文献

（2）搜索引擎名称：万方数据库

网址：http://g.wanfangdata.com.cn/

检索步骤：高级检索，全部+时间+论文类型

检索结果（实际检索结果数）

（3）搜索引擎名称：百链云图书馆

网址：http://www.blyun.com

检索步骤：高级检索，标题+时间+文献类型

检索结果（实际检索结果数）

（4）搜索引擎名称：百度

网址：http://www.http://www.wodefanwen.com/

检索步骤：使用关键词

检索结果（实际检索结果数）

2．英文检索工具

（1）数据库名称：SCI数据库

网址：http://apps.webofknowledge.com/ 检索步骤（要求截图）

检索结果（实际检索结果数）

（2）搜索引擎名称：Ei compendex 数据库

网址：http://www.engineeringvillage.com 检索步骤（要求截图）

检索结果（实际检索结果数）

（3）搜索引擎名称：Scipencedirect（Elsevier）数据库，谷歌

网址：http://www.sciencedirect.com/ 检索步骤（要求截图）

检索结果（实际检索结果数）

（2）搜索引擎名称：谷歌

网址：http://www.google.com.hk/ 检索步骤（要求截图）

检索结果

四、检索结果（相关度高的20篇）

对各数据库的检索结果进行去重分析后，选出图书2种，期刊论文7篇，学位论文8篇，会议论文1篇，专利文献2篇。 文献1

题名模糊控制理论与工程应用 作者曾光奇等主编

出版社 华中科技大学出版社 出版日期 2006

摘要 :全书分三篇：模糊控制理论的数学基础，模糊控制理论，模糊控制理论的工程

应用。

文献2

题名 模糊控制技术 作者 韩峻峰等

出版社 重庆大学出版社 , 出版日期 2003

摘要 :本书统介绍了最新模糊控制技术。全书共分7章，介绍了模糊控制的起源、特点、

研究与应用的现状及其发展趋势，从工程应用的角度介绍了模糊逻辑与模糊推理的基础内容等。

文献3

题名 基于T-S模型的小车倒立摆控制 作者 杜璧秀;张淑梅;高慧斌;张玉良 刊名 电子测量技术

文摘 针对一阶直线倒立摆运动控制系统给出了一种\单输入规则动态链接模糊控制算

法(SIRMs)\望指标。针对一阶直线倒立摆系统小车质量产生较大突变时,仅依靠控制算法的鲁棒性已不能实现控制目标,系统动态性能变...波方法 (EKF)对倒立摆系统中的小车质量进行参数辨识,根据辨识结果实时调整控制器参数,以使系统的动...系统的质量容错辨识与控制。仿真实验表明,结合...辨识算法的SIRMs控制器对于一阶直线倒立摆系统的运动控制具有良好的品质

文献 4

题名 一级倒立摆的分层模糊控制 作者翟龙余 刊名 科技信息

文摘：本文设计了两个模糊控制器即位置模糊控制器和角度模糊控制器,用这两个模糊控制器进行分层控制,并把位置模糊控制器控制输出作为一个虚拟角度乘以一个系数与摆杆的实际角度叠加形成...义角,以这个广义角和摆杆的角速度作为输入量输入给角度模糊控制器对摆杆的角度进行控制;通过matlab的...simulikn实现了倒立摆模糊控制系统的仿真,仿真结果证明:模糊控制器不仅可以稳定倒立摆系统,还可以使小车定位在特定位置。 文献 5

题名 三级倒立摆的混合控制 作者 郭海刚，张冀

刊名 河南科技大学学报(自然科学版)

文摘：针对传统模糊控制的不足,基于三级倒立摆多变量非线性的数学模型,设计了由模糊控制器和线性二次最优控制器组合的混合控制器。当小车到达某一指定位置时,模糊控制器切换到线性二次型最优控制器。仿真结果表明:混合控制器有效克服了模糊控制器在定位精度低和线性二次型最优控制器响应时间慢的缺点,优于单一的模糊控制器或线性二次型最优控制器。 文献 6

题名 单级倒立摆的简化模糊控制及仿真研究

作者 李红伟 刊名 控制工程

文摘：单级倒立摆系统是一种广泛应用的...了摩擦力。同时为解决模糊多变量控制中的\维数灾\问题,...输入规则动态加权推理模糊控制器(SIRM s)实现了单级倒立摆系统的控制,SIRM s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...m对基于SIRM s模糊控制器的倒立摆系统进行了仿真实验,...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...态特性,验证了模型和控制算法的有效性。 .文献 7

题名 小车倒立摆系统的模糊控制仿真研究

作者刘清 谢建凯 丁琳 刊名 港口装卸

文摘：小车倒立摆系统是一个典型的非线性、不稳定的控制对象,因此小车倒立摆系统的控制问题被公认为控制理论中的一个典型问题.本文基于Mamdani和Takagi-Sugeno(简称T-S)模糊推理模型分别建立了小车倒立摆模糊控制系统,用仿真的方法研究了它们的控制性能和特点,并与传统的PID控制方法进行了比较.

.文献 8

题名 鲁棒控制基准设计问题:倒立摆控制

作者 申铁龙 梅生伟 刊名 控制理论与应用

文摘：系统概述本系统由水平移动的小台车及由其支撑的单节倒立摆构成.控制输入量是拖动小台车的直流伺服电机的电枢电压,被控制量是摆的偏角和小台车的位移.系统的构成示意 .文献 9

题名 单级倒立摆控制方法研究

作者 桑英军 范媛媛 徐才千 刊名 控制工程

文摘：倒立摆系统是一非线性、强耦合、多变量和自然不稳定的系统,以其自身的不稳定性而难以控制,也因此成为自动控制实验中验证控制策略优劣的极好的实验装置.针对直线单级倒立摆系统的平衡控制问题,对其进行数学建模并进行了能控性分析,采用PID,LQR,模糊变结构3种不同的控制方法,并在Matlab环境下进行仿真,控制效果的实验对比证明了3种方案对系统平衡控制的有效性,同时也展示了它们的控制品质和特性.PID控制结构简单易于实现,LQR控制较PID控制超调量小,调节时间短,且稳定性优于PID控制器,模糊变结构控制器具有较优的鲁棒性及瞬态特性,系统受到参数摄动和外干扰时具有不变性,超调最小.3种控制策略仿真的对比结果对该方向的研究具有理论指导意义.

文献10

题名 基于MATLAB的倒立摆控制及参数优化 作者 彭恒 导师 刘白雁 论文级别 硕士

学科专业名称 机械电子工程 学位授予单位 武汉科技大学 摘要 作为一个典型的不稳定的非线性系统，倒立摆具有结构简单，成本低，便于用各种方法进行控制的特点，因而倒立摆系统常被人们用来检验各种控制方法的优劣。倒立摆控制的难点在摆起的控制，当前关于摆起控制的研究已经很多，但这些研究大多是在假定倒立摆系统小车轨道足够长的前提下进行的。 本文总体介绍了倒立摆系统的研究现状，并构建了一级倒立摆数学模型，提出了倒立摆控制中轨道长度受限所带来的控制难题。为解决该问题，本文引入摹矩阵的概念，利用摹矩阵的多阶段决策寻优的方法，将单级倒立摆的摆起控制表示为一个求最短时间的多阶段决策问题。通过采用VC与MATLAB混合编程，实现了用摹矩阵方法寻找到单级倒立摆摆起控制的最优路径与最优决策的目的。由于整个寻优过程中将小车位移与摆起时间均为优化参数，该方法可以达到在长度受限的轨道上以较少的时间实现摆起的目的。本文通-+过在Simulink环境下对轨道长度受限的单级倒立摆的仿真控制和实时控制，证明了该方法的可行性。同时，利用MATLAB的界面设计功能开发出了基于Simulink的单级倒立摆实时控制界面，操作简单，易于演示。 本文利用摹矩阵法寻优实现了在长度受限的短轨道上单级倒立摆的

快速摆起控制，对摹矩阵法在寻优控制中的应用进行了研究，全文通过理论分析，软件寻优和实时控制证明了该方法的可行性。 文献11

题名 基于LabVIEW的倒立摆控制系统研究 作者 许美玲 导师 李春茂 论文级别 硕士

学科专业名称 电气系统控制与信息技术 学位授予单位 西南交通大学

摘要 倒立摆是一个非线性自然不稳定的系统,它能直观反映出很多典型的系统概念,如稳定

性、可控性、系统收敛速度和系统抗干扰能力等。因倒立摆系统具有高阶次、不稳定、非线性等特性,因此,研究倒立摆能反映控制中的很多问题,有很重要的理论和实际意义。理论上,很多研究人员将新的控制理论应用倒立摆系统进行验证,在研究倒立摆的同时他们又能发掘出新的控制方法。应用上,倒立摆在航空航天,机器人学等领域都有重要的应用。另外,倒立摆还具有结构简单,造价低廉,反映效果直观等优点

文献12

题名 直线倒立摆系统控制算法的研究 作者 胡小莺 导师綦星光 论文级别 硕士

学科专业名称 控制理论与控制工程 学位授予单位 山东轻工业学院

摘要 倒立摆是一个典型的快速、多变量、非线性、强耦合的自然不稳定系统。在控制过程

中能反映控制理论中的许多关键问题，如镇定问题、非线性问题、鲁棒性问题以及跟踪问题等。不仅是验证现代控制理论方法的典型实验装置，而且其控制方法和思路对处理一般工业过程亦有广泛的用途，因此对倒立摆系统的研究具有重要的理论研究和实际应用价值，相关的科研成果已经应用到航天科技和机器人学等诸多领域。

本文以直线倒立摆系统为研究对象，利用固高科技公司提供的直线倒立摆系统控制装置作为实验工具，对直线二级、三级倒立摆系统的稳定性进行了研究。

文献 13

题名 Creating fuzzy control rules based on data mining 作者Sun, Zhongkui1; Li, Zhigang3; Chen, Lei2; Wang, Jinhua

文摘：Creating fuzzy control rules is a core of fuzzy control system. With the development and improvement of data mining technology, in this paper, making use of the feature of data mining clustering algorithms to classify the similar characteristic data are classified as a class, and combining the theory of generating fuzzy control rules , a new way is proposed to acquire fuzzy rules.

建立模糊控制规则的模糊控制系统的核心。与数据挖掘技术的发展，在本文中，利用数据挖掘的聚类算法相似的特征数据分类的特征归为一类，并结合产生模糊控制规则的理论，提出了一种新的方式来获取模糊规则。

文献 14

题名 Stability analysis of adaptive fuzzy control systems

作者Cao, Jiangtao1 Ji, Xiaofei2; Li, Ping1

文摘 Due to the applications of interval type-2 fuzzy control system, its closed-loop stability need to be considered. However, most of existed stability analysis results can not deal with the type-2 fuzzy control systems. By transferring the interval membership degrees into the constrained typical membership degrees, the closed-loop stability of an adaptive interval type-2 fuzzy control system is analyzed in this paper. The necessary stability conditions are deduced. All stability analysis results are summarized into a Theorem. Comparing with other stability analysis results, the proposed method need less constrains and is easy to be used for controller design issue.

由于区间二型模糊控制系统中的应用，其闭环系统的稳定性，需要考虑。然而，大多数现有的稳定性分析结果不能处理的2型模糊控制系统。通过将区间的隶属度为约束条件的典型的隶属度，分析了自适应区间二型模糊控制系统的闭环稳定性。导出了必要的稳定性条件。所有的稳定性分析结果总结成一个定理。与其他的稳定性分析结果比较，该方法需要更少的约束和易于使用的控制器的设计问题。

文献 15

题名 Fuzzy control strategy based on mode identification used in semi-active control

作者Meng, Qingli1 Zhang, Minzheng1 Yejian1

文摘 In this paper, a new fuzzy control arithmetic based on mode identification used in semi-active control is put forward, the mode is differentiated by the eigenvectors constituted with drift, velocity and their resultant, and then different fuzzy control strategy is applied. Moreover, by numerical simulation, the control efficiency of the new control arithmetic is compared with semi-active control using sign control law and some passive control. ? (2011) Trans Tech Publications.(6 refs)

在本文中，一种新的基于模式识别的模糊半主动控制算法被提出，该模式是由特征向量构成的漂移速度和分化，合成，然后不同的模糊控制策略应用。此外，通过数值模拟，对新的控制算法的控制效率与使用符号控制律和一些被动控制相比，半主动控制。

文献 16

题名 A new indirect adaptive fuzzy control for a class of SISO nonlinear discrete-time systems

作者Shi, Wuxi1

文摘 A new indirect adaptive fuzzy control scheme is developed for a class of nonlinear discrete-time systems. To avoid the possible controller singularity problem, the controller, which is designed by fuzzy logic systems, is derived from quadratic performance index, and the time-varying gain adaptive laws are used to adjust the unknown parameters. The proposed design scheme guarantees that all the signals in the resulting closed-loop system are bounded, and the

generalized tracking error converges to a small neighborhood of the origin. Simulation results indicate the effectiveness of this scheme.

开发的一类非线性离散时间系统是一种新的间接自适应模糊控制方案。为了避免可能的控制器奇异性问题，控制器，采用模糊逻辑系统设计，是从二次型性能指标，和时变增益自适应律来调节未知参数。所提出的设计方法可以保证得到的闭环系统的所有信号是有界的，和广义跟踪误差收敛到原点的一个小邻域。仿真结果表明了该方案的有效性.

文献 17

题名 Robust fuzzy control for continuous perturbed time-delay affine Takagi-Sugeno fuzzy models

作者Chang, Wen-Jer1 ; Huang, Wei-Han1; Chang, Wei1; Ku, Cheung-Chieh1

文摘The stability analysis and controller synthesis methodology for a continuous perturbed time-delay affine (CPTDA) Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy model is proposed in this paper. The CPTDA T-S fuzzy models include both linear nominal parts and uncertain parameters in each fuzzy rule. The proposed fuzzy control approach is developed based on an iterative linear matrix inequality (ILMI) algorithm to cope with the stability criteria and H∞ performance constraints for the CPTDA T-S fuzzy models. Finally, a numerical simulation for the nonlinear inverted pendulum system is given to show the application and availability of the present design approach. ? 2011 John Wiley and Sons Asia Pte Ltd and Chinese Automatic Control Society

和一个连续的扰动的时间延迟仿射控制器合成方法的稳定性分析（cptda）的Takagi-Sugeno（T-S）模糊模型是本文提出的。该cptda T-S模糊模型包括线性标称部分和不确定参数在每个模糊规则。所提出的模糊控制方法是基于迭代线性矩阵不等式（ILMI）算法来应付的cptda T-S模糊模型的稳定性判据和H∞性能约束。最后，对非线性的倒立摆系统的数值仿真表明，与目前的设计方法有效性的应用。

文献18

题名：T-S模糊控制系统的虚拟等价系统及稳定性判据

作者：张维存 李擎 刘小丽

会议名称：2011年中国智能自动化会议

摘要：针对未知确定性被控对象和未知非线性时变对象，通过构造虚拟等价系统的方法研究T-S模糊控制系统的稳定性。采用虚拟等价系统的目的在于降低原问题的难度，改进现有稳定性判据的保守性。分析结果表明，T-S模糊控制系统的稳定性主要取决于局部模型的精度、模糊规则的正确性以及局部控制器的镇定性。

文献19

专利号 CN201220618173.6

名称 基于单片机的交通信号灯模糊控制系统

申请人 蒋雪峰

摘要 基于单片机的交通信号灯模糊控制系统，其特征在于：它是由视频监测器、A/D调

理电路、电源、单片机、通信模块、驱动模块、显时装置和信号灯组成；视频监测器与A/D调理电路连接，A/D调理电路、电源分别与单片机连接，单片机分别与驱动模块和通信模块连接，驱动模块分别与显时装置和信号灯连接。

文献20

专利号 CN201220315329.3

名称 一种带有温度PID模糊控制系统的水泥分解炉

申请人 葛洲坝集团水泥有限公司

摘要 一种带有温度PID模糊控制系统的水泥分解炉，它包括水泥分解炉（1），其特征在于

它还有温度PID模糊控制系统，温度PID模糊控制系统由温度计(2)、信号变送器（3）、PCL控制器(4)、变频器(5)和计量秤(6)组成，温度计(2)安装在水泥分解炉(1)上，信号变送器(3)的信号输入端与温度计(2)的信号输出端电连接，信号变送器(3)的信号输出端与PCL控制器(4)的信号输入端电连接，PCL控制器(4)的信号输出端与变频器(5)的信号输入端电连接，变频器(5)与计量秤(6)的电机电连接，计量秤(6)的下料口通过输煤管与水泥分解炉(1)的煤粉进料口相通。

（注：如为英文，请将文摘翻译成中文）

小车倒立摆系统模糊控制器的设计与仿真

Design and Simulation of fuzzy controller of the inverted

pendulum system

摘要

倒立摆系统是一个比较复杂的，带有快速、高阶次、多变量、严重非线性绝对不稳定和非最小相位系统的机电系统，它的稳定控制是控制理论应用的一个典型范例。倒立摆系统一直是控制理论中非常典型的实验设备，也是控制理论教学和科研中不可多得的典型物理模型。模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理等作为理论依据，以传感器技术、计算机技术和自动控制理论为基础的一种新型的自动控制理论和控制方法。它在一定程度上模仿了人的控制，不需要准确的控制对象数学模型，是一种智能控制方法，尤其适用于那些人们无法建立精确数学模型的物理对象或过程。模糊控制通过确定模糊规则，设计出模糊控制器来实现对倒立摆的控制。

关键词 倒立摆 模糊控制 智能控制

Abstract

Inverted pendulum system is a complicated, with quick, Takahashi Ji, multi variable, nonlinear and absolutely unstable and non minimum phase system ofelectromechanical system, stability control, it is a typical example of the application of control theory. Inverted pendulum system is always a control experiment equipment is very typical of the theory, but also control the typical physical model rare theoretical teaching and research. Fuzzy control is based on fuzzy set theory, fuzzy language variable and fuzzy logic reasoning as the theoretical basis, a new type of automatic control theory and control method based on sensor technology, computer technology and automatic controltheory. It mimics the human control to a certain extent, does not need theaccurate mathematical model of controlled object, is a kind of intelligent control method, especially physical objects to those people who can not establish a precise mathematical model or process. Fuzzy control is determined by means of fuzzy rules, fuzzy controller is designed to achieve the control of the inverted pendulum.

Key word Inverted pendulum fruzzy control Intelligent control

引言

模糊控制隶属于智能控制,是目前自动化技术中一个非常活跃的领域。美国加利福尼亚大学著名教授L.A.Zadeh在其著作中首先提出了模糊集合和模糊控制的概念,它们的引入将人的判断、思维过程用比较简单的数学形式直接表达出来,从而使对复杂系统做出合乎实际的、符合人类思维方式的处理成为可能,为经典模糊控制器的形成奠定了基础。近年来,随着社会经济的发展,对控制系统的设计要求日益增高,传统的控制理论与控制方法很难满足要求。在现代工业控制工程中,被控对象通常具有严重的非线形,时变性以及种类繁多的干扰,使得基于精确书写模型的常规控制方法无法获得满意的动静态控制效果。将模糊逻辑推理应用于非线形系统辨识和控制,是近年来控制理论领域研究的热点。

倒立摆系统是一个比较复杂的，带有快速、高阶次、多变量、严重非线性绝对不稳定和非最小相位系统的机电系统，它的稳定控制是控制理论应用的一个典型范例。倒立摆系统一直是控制理论中非常典型的实验设备，也是控制理论教学和科研中不可多得的典型物理模型。虽然它的数学模型复杂但倒立摆系统的稳定控制能非常直观地说明控制理论的优点和有效性，同时它还涉及到系统辨识、非线性系统等方面，所以倒立摆系统的控制一直是控制领域研究的热点[1]。

倒立摆系统的最初研究开始于二十世纪五十年代，麻省理工大学电机工程系设计出单级倒立摆系统这个实验设备。后来在此基础上，人们又进行拓展，产生了各式各样的倒立摆:有悬挂式倒立摆、平行倒立摆、环形倒立摆、平面倒立摆;倒立摆的级数有一级、二级、三级、四级乃至多级;倒立摆的运动轨道可以是水平的，也可以是倾斜的。倒立摆系统已成为控制领域中不可或缺的研究设备和验证各种控制策略有效性的实验平台，本设计主要针对直线倒立摆进行研究。

在控制理论发展的过程中,某一理论的正确性及实际应用中的可行性需要一个按其理论设计的控制器去控制一个典型对象来验证，倒立摆系统作为一个实验装置，结构简单、构件组成参数和形状易于改变、成本低廉，其控制效果可以通过其稳定性直观地体现。作为一个多用途的综合性实验装置，倒立摆系统的控制作为控制理论研究中的一种较为理想的实验手段，通常有着用来检验控制策略有效性的功能。倒立摆仿真或实物控制实验是控制领域中用来检验某种控制理论或

方法的典型方案。

研究倒立摆系统除了较强的理论意义，同时还具有广泛的实践意义。控制理论中许多抽象的概念如稳定性，能控性，快速性和鲁棒性，都可以通过倒立摆系统直观的表现出来，同时其动态过程与人类的行走姿态类似，其平衡与火箭的发射姿态调整类似，因此倒立摆在研究双足机器人直立行走、火箭发射过程的姿态调整和直升机飞行控制领域中有重要的现实意义，相关的科研成果已经应用到航天科技和机器人学等诸多领域。因此倒立摆系统的研究，对于火箭发射及机器人控制等高新技术的研究都有非常重要的理论指导意义

1国内研究现状

1.1 倒立摆的最初研究开始于二十世纪 50 年代,麻省理工学院(MIT) 的控制论专家根据火箭发射助推器原理设计出一级倒立摆的实验设备

倒立摆作为一个典型的不稳定、严重非线性例证被正式提出于 20 世纪 60 年代后期.国内, 倒立摆发展走在最前沿的有中国的北京师范大学的李洪兴教授采用变论域自适应模糊控制理论完成了四级倒立摆系统的仿真和实物实验。北京航空航天大学的张飞舟等人利用拟人控制实现三级倒立摆的控制。中国科技大学的黄丹等人利用LQR 最优控制完成倒立摆控制.国防科学技术大学的罗成教授等人利用基于 LQR 的模糊插值实现了五级倒立摆的控制。

1.2 近年来模糊控制的发展异常迅速.目前，模糊控制技术已在各个领域获得大量应用，特别在工业过程控制、航空、冶金、石油化工、动力设施、交通运输和机器人方面的成果尤为明显。模糊控制技术的应用对日常生活用具方面也产生重大影响，包括模糊全自动洗衣机，模糊电饭煲等家电产品。但从整体上看，正如德国的一位模糊逻辑权威指出的那样，模糊理论潜藏的巨大潜力实际上存在与各种工业过程控制、机器人以及专家系统中，因此还远未挖掘出来，随着社会的不断向前发展，人类实践活动的不断深入，可以预见模糊控制的应用将会越来越广泛。 2国外研究现状

2.1 国外, 在倒立摆系统实验平台先后出现了多种控制算法。用状态空间法设计的比例微分控制器来实现单级倒立摆的稳定控制;利用最优状态调节器实现双电机三级倒立摆实物控制;用变结构方法实现倒立摆的控制。文献[6]用神经网络

的自学习模糊控制器的输入输出的对比, 引起其他学者的关注, 之后不断出现实时学习神经网络的方法来控制倒立摆。用两个模糊滑模并行的控制小车和摆杆偏角;Deb K,Pratap A,Chang W A,Ramakrishna等人采用留优遗传算法进行参数优化对倒立摆控制研究; 用能量控制法对倒立摆系统进行研究。

2.2 1965年美国控制论专家Zadeh教授创立了模糊集理论，为描述和研究模糊现象提供了有力的数学工具。1974年英国自动控制专家E.H.Mamdani教授成功地将模糊语言逻辑运用于工业过程，标志着模糊控制的诞生。近40年来，模糊控制理论取得了很大的发展，在众多领域得到了广泛的应用。

在经济领域，经济计量学中是根据经济学和统计学理论，利用给定的数据建立模型，用于经济预测、策略评估等。所谓预测就是利用样本数据和样本估计模型来估计系统未来时刻的预测值。到目前为止，经济计量学中几乎所有的预测模型都把经济现象视为一种随机现象，根据统计学理论为之建立预测模型。然而许多经济现象不仅仅具有随机性，同时也具有模糊性。例如，当我们说某商品的质量好时，术语“好”就是一个模糊概念。对这类经济现象，如果仅考虑其随机性而忽略其模糊性，显然所建立的模型预测效果不会太理想。另外，有些经济现象中的有关因素不一定存在统计关系，这样就很难对它们建立统计模型。有时为了得到较高的模拟效果，常常增加外生变量的数目来建立多变量模型，这样不但增加了计算量，而且积累了误差。然而将某些因素适当地进行模糊化处理就可提高预测精度。

3该课题待解决的问题

3.1模糊控制理论经过近几十年的发展，也还存在一些不足，还有一

些亟待解决的问题，归纳如下：（1）要揭示模糊控制器的实质和工作机理，解决稳定性和鲁棒性理论分析；

（2）模糊控制和传统控制的鲁棒性的对比关系究竟是怎么样，尚缺少理论分析和数学推导方 面的比较；

（3）如何衡量一个模糊控制系统的功能稳定性问题，最优化问题该如何评价； （4）在模糊运算中似乎丢失了大量信息却又能获得优于控制的良好控制效果起控制作用的因素是什么，模糊运算中的信息损失应否设法修正或补偿；

（5）模糊控制规则和隶属度函数的获取与确定是模糊控制中的”瓶颈”问题。

4该课题未来研究方向（或发展趋势）

模糊控制技术虽然已经取得了不少的研究成果,而且也被广泛地应用于生产实践中,但仍然是一项正在发展中的技术,仍然是一个充满争议的领域。由于它的发展历史还不长,理论上的系统性和完善性,技术上的成熟性和规范性都还是远远不够的。除了需要在上述方面进行进一步深入的研究外,在国际大趋势的推动下,模糊控制已经开始和向多元化和交叉学科方向发展。在未来的研究领域,这也必然将成为热点。

4.1 ",模糊控制与神经网络结合

将模糊逻辑系统与神经网络结合起来实现控制,已经逐步成为近年来的控制研究热点。模糊神经网络就是把模糊逻辑系统与神经网络系统结合起来,形成一个互补系统。它实际上是人类大脑结构和功能的模拟????脑神经网络?硬件#拓扑结构+信息模糊处理?软件#的思想功能。它不仅弥补了单一模糊控制在自学习能力等方面的不足,而且是使得控制的智能程度进一步提高,尤其是那些非线性时变系统或难以建模的对象,传统的控制理论以及现代控制理论的方法无法设计出有效的控制器,而采用模糊神经网络通常会收到良好的控制效果。目前,模糊神经网络通常都是将模糊神经网络与其他控制方法相结合的应用。 4.2 ",模糊控制、神经网络与控制方法的结合

模糊控制、神经网络以及专家系统是智能控制的三大支柱,而PID控制、最优控制、鲁棒控制、解耦控制、预测控制等方法的研究也日趋深入,于是,专家们针对他们特点不同,针对一些非线性、时变、不确定性等复杂对象,将它们分别结合起来,从而拓宽了模糊控制技术研究成果和传统控制技术的融合领域,设计出应用更广泛,控制效果更好的复合控制器。这种智能复合控制器在非线性多变量系统中的应用已经成为当前控制领域的一个研究热点,取得了许多研究成果。然而,目前在复合控制的设计和应用方面仍然存在一定的问题;智能控制技术和传统控制理论的结合形式比较单一,不能充分利用当前智能控制技术和传统控制理论各自的研究成果。控制器中智能模块结构的确定没有理论依据,通常是根据经验判

定,而且结构也比较复杂,学习周期长,不利于实时控制;并且控制器的智能逼近模块的逼近精度难以确定,不能获得精确的控制效果。这些问题都有待未来专家

们进一步研究确定。 结语

本文主要论述了倒立摆系统和模糊控制器的设计与仿真，随着模糊控制的发展与应用，研究倒立摆系统除了较强的理论意义，同时还具有广泛的实践意义。控制理论中许多抽象的概念如稳定性，能控性，快速性和鲁棒性，都可以通过倒立摆系统直观的表现出来，同时其动态过程与人类的行走姿态类似，其平衡与火箭的发射姿态调整类似，因此倒立摆在研究双足机器人直立行走、火箭发射过程的姿态调整和直升机飞行控制领域中有重要的现实意义，相关的科研成果已经应用到航天科技和机器人学等诸多领域。因此倒立摆系统的研究，对于火箭发射及机器人控制等高新技术的研究都有非常重要的理论指导意义

模糊控制理论是建立在模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理基础上的一种算机数字控制理论。‘模糊控制是一种非线性控制，属于智能控制的范畴，目前它己经成为智能控制的一种重要而有效的形式。模糊控制是通过模拟人脑的模糊思维方法, 从而实现被控系统的控制的。模糊控制器和模糊控制规则是设计的核心环节。

在控制理论发展的过程中,某一理论的正确性及实际应用中的可行性需要一个按其理论设计的控制器去控制一个典型对象来验证，倒立摆系统作为一个实验装置，结构简单、构件组成参数和形状易于改变、成本低廉，其控制效果可以通过其稳定性直观地体现。作为一个多用途的综合性实验装置，倒立摆系统的控制作为控制理论研究中的一种较为理想的实验手段，通常有着用来检验控制策略有效性的功能。倒立摆仿真或实物控制实验是控制领域中用来检验某种控制理论或方法的典型方案。

参考文献

[1]汤兵勇，路林吉，王文杰.模糊控制理论与控制技术.北京：清华大学出版社，

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[11]吴晓莉，林哲辉.MATLAB辅助模糊控制设计.西安：西安电子科技大学出版

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[12]薛定宇，陈阳泉 基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用（第2版）

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[13] 王孝莉.倒立摆智能控制系统的研究[D].济南：山东大学.2007

[14] 杨世勇，刘殿通，谭翚. 倒立摆与控制理论研究[J].控制理论与应用. 2011,30(5):164-167. [15] 周瑞. 倒立摆系统控制方法研究[D]. 华中科技大学.2007

[16] Wang, Li-Xin, A Course of Fuzzy System and Control, PRENTICE HALL,

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[18]何平,王鸿绪1模糊控制器的设计及其应用[M]1北京:科学出版社,19971 [19]诸静1模糊控制原理与应用[M]1北京:机械工业出版社,20031

[20]章卫国,杨向忠1模糊控制理论与应用[M]1西安:西北工业大学出社,20041

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