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河北工业大学城市学院本科毕业设计（论文）任务书
毕业设计题目：旋转式倒立摆的实验系统设计及模糊控制算法研究 适用专业： 自动化专业
学生信息：学号108978 姓名：胡利兵 班级： 自动化C102 指导教师信息： 姓名：梁涛 职称：副教授
下达任务日期：2014年2月26日 课题简介：
倒立摆是一个复杂的快速、非线性、多变量、强耦合、自然不稳定的非最小相位系统，是重心在上、支点在下控制问题的抽象。在许多控制方法的研究过程中，科研人员往往因为不能找到合适的实际控制对象，使得许多研究成果失去了继续完善发展的机会，造成了科研资源的浪费。作为一种理想的控制对象平台，倒立摆结构简单、成本较低，可以有效地检验众多控制方法的有效性，在控制方法的实验和研究上有很重要的地位。许多抽象的控制概念如控制系统的稳定性、可控性、收敛速度和抗干扰能力等，都可以通过倒立摆系统直观地表现出来。课题要求：
鉴于现代控制理论方法在旋转倒立摆控制中存在的线性化问题的局限，将模糊控制引入实验系统，设计单级旋转倒立摆模糊控制器，进行实物控制，总体控制效果较好。由于在平衡点附近，模糊控制方法的控制效果不非常理想。因此需要进一步改善系统控制性能，本课题要求将模糊控制与线性二次型最优控制策略结合，设计基于LQR的自校正模糊控制器，通过实验结果验证是否能有效地改善旋转倒立摆模糊控制系统的动态特性，从而既解决平衡点附近局部线性化的局限性问题，提高了系统的鲁棒性和抗干扰性，同时又增强了控制器的适用范围。
主要参考文献：
[1]朱玉奇.旋转式倒立摆的控制研究[J].科技信息,2009,32:88-89.[2]江晨,王富东.旋转式倒立摆系统的算法研究及仿真[J].工业控制计算机,2010,05:54-56.[3]程俊,王永,黄南晨,吴刚,卿志远,孙德敏.旋转式倒立摆计算机控制系统[J].电机与控制学报,2001,04:277-280.[4]李红星,骆柄璋,李刚阳.旋转式倒立摆的状态变量合成模糊控制[J].北京联合大学学报(自然科学版),2006,04:15-18.[5]姜倩,管凤旭.旋转式倒立摆的镇定和摆起控制的研究[J].哈尔滨商业大学学报(自然科学版),2007,03:322-324.[6]李凌,袁德成,井元伟.旋转式倒立摆系统控制策略研究[J].实验室研究与探索,2006,01:21-23+46.[7]王敏,苏晓鹭,王淼.旋转式倒立摆控制策略[J].大连海事大学学报,2007,S2:155-157+161.[8]娄万军,张晓娟,杨继宏.基于模糊逻辑控制的倒立摆系统[J].大众科技,2004,07:54-57.[9]徐静.旋转式倒立摆的稳定控制研究[D].山东大学,2009.[10]江晨.旋转式倒立摆的控制算法研究及实验系统设计[D].苏州大学,2010.[11]贺廉云.基于模糊控制的旋转式倒立摆控制算法研究[D].山东大学,2006.[12] Q.Feng, K.Yamafugi.Design and simulation of control systems of an inverted pendulum.Robotica, 6(1988), p.235 [13] Maravall, Darío.Hybrid fuzzy control of the inverted pendulum via vertical forces.International Journal of Intelligent Systems, Volume 20, February 2005, Pages 195-211 [14] Kim, Hyun-Ki;Lee, Dong-Jin;Oh, Sung-Kwun.Design of optimized fuzzy controller for rotary inverted pendulum system using differential evolution.Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, Volume 60, February 2011, Pages 407-415 方法要求：
1． 了解旋转式倒立摆及模糊控制算法的相关知识
2． 设计基于LQR的自校正模糊控制器，改善旋转倒立摆模糊控制系统的动态特性 3．利用模糊控制方法的控制在平衡点附近达到非常理想效果 4．实现硬件连接，进行实物控制，增强了控制器的适用范围 5.对已经完成的工作进行总结，进一步改善系统控制性能
过程要求：查阅资料，方案论证与设计，实验论证，得出结论。
起 迄 日 期
2月28日～3月15日 3月16日～3月20日 3月21日～3月28日 3月28日～4月03日 4月04日～4月10日 4月11日～4月25日 4月26日～5月5日 5月6日～5月15日 5月16日～6月01日 6月02日～6月09日 6月10日～6月15日
工 作 内 容
确定研究方向，查阅课题相关中文资料，做出任务书。对旋转式倒立摆及模糊控制算法进行全面的了解与分析。研究模糊控制与线性二次型最优控制策略、LQR控制方法 完成前期报告（包括文献综述）。学习相关方针软件的有关知识，进行分析。
实现硬件连接，进行论证
进行实物控制, 进一步改善系统控制性能，达到预期结果 对已经完成的工作进行总结，完成中期报告。根据以上所做工作，完成论文的初稿。完善论文内容并规范论文格式，完成论文终稿。毕业答辩周。
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