智能控制理論及應(yīng)用 課件 第4章 4.5.2-4.6.2 倒立擺模糊控制模糊與PID結(jié)合

4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計主要內(nèi)容2倒立擺介紹倒立擺模糊控制器設(shè)計基于Matlab的倒立擺模糊控制系統(tǒng)仿真第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計1、一級小車倒立擺的數(shù)學(xué)模型/01一級小車倒立擺4擺桿與垂線的夾角(單位：弧度)u

小車在水平方向的受力(單位:牛頓)第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計一級小車倒立擺的數(shù)學(xué)模型5第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計2、一級倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計/02步驟1:確定模糊控制器的輸入和輸出變量7輸入:

de(t)=e(t)-e(t-1)輸出:u(t)水平向右為正，水平向左為負(fù)第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計步驟2:輸入輸出變量進行模糊集合劃分8NBNSZOPSPBe(t)

(rad)第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計步驟2:輸入輸出變量進行模糊集合劃分9NBNSZOPSPBde(t)

(rad/s)第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計步驟2:輸入輸出變量進行模糊集合劃分10NBNSZOPSPBu(t)

(N)第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計步驟3:模糊規(guī)則凝練11語言變量e(t):誤差de(t):誤差變化率u(t):驅(qū)動力語言值NB\NS\ZO\PS\PB第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計步驟3:模糊規(guī)則凝練12語言描述誤差是

PB擺桿以較大角度朝左傾斜。第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計步驟3:模糊規(guī)則凝練13語言描述誤差是

NS擺桿以輕微角度朝右傾斜。第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計步驟3:模糊規(guī)則凝練14語言描述誤差是

ZO當(dāng)前擺桿在近乎垂直位置,有輕微傾斜。第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計步驟3:模糊規(guī)則凝練15語言描述誤差是

PB誤差變化率是

PS擺桿以較大角度朝左傾斜。并且向遠(yuǎn)離垂直方向運動。第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計步驟3:模糊規(guī)則凝練16語言描述誤差是NS擺桿朝右以輕微角度傾斜。誤差變化率是

PS并且朝向垂直方向運動。第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計步驟3:模糊規(guī)則凝練17規(guī)則u是PBu是NSu是NS第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計步驟3:模糊規(guī)則凝練18規(guī)則庫

(小組討論)u“力”de”誤差變化率”NBNSZOPSPBe”誤差”NBNSZOPSPB第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計步驟3:模糊規(guī)則凝練19規(guī)則庫(小組討論)u“力”de”誤差變化率”NBNSZOPSPBe”誤差”NBPBPBPBPSZONSPBPBPSZONSZOPBPSZONSNBPSPSZONSNBNBPBZONSNBNBNB第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計模糊控制器設(shè)計20模糊化推理機規(guī)則庫

去模糊化模糊控制器ede已經(jīng)完成：配置需要完成：動態(tài)運行√√√第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計步驟4:動態(tài)運行21模糊化推理機規(guī)則庫

去模糊化ede第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計步驟4:匹配規(guī)則22NBNSZOPSPBe(t)

(rad)NBNSZOPSPBde(t)

(rad/s)10.250.75第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計步驟4:匹配規(guī)則23u“force”de”change-in-error”NBNSZOPSPBe”error”NBPBPBPBPSZONSPBPBPSZONSZOPBPSZONSNBPSPSZONSNBNBPBZONSNBNBNB第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計步驟4:匹配規(guī)則24如果e是ZO24NBNSZOPSPBe(t)1NBNSZOPSPBde(t)0.250.25并且de是ZO那么u是ZONBNSZOPSPBu(t)

(N)第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計步驟4:匹配規(guī)則如果e是ZO25NBNSZOPSPBe(t)10.75NBNSZOPSPBde(t)0.75并且de是PS那么u是NSNBNSZOPSPBu(t)第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計步驟5:得到水平作用力2626NBNSZOPSPBu(t)重心法第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計3、基于MATLAB的仿真實現(xiàn)/03倒立擺的數(shù)學(xué)模型28y第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計Simulink仿真系統(tǒng)29第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計4、參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響/04第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計（1）量化因子、比例因子的影響www.islide.cc31Ke=1,Kde=1,Ku=1Ke=1,Kde=0.1,Ku=1第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計（1）量化因子、比例因子的影響www.islide.cc32Ke=1,Kde=0.1,Ku=1Ke=2,Kde=0.1,Ku=1第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計（1）量化因子、比例因子的影響www.islide.cc33Ke=2,Kde=0.1,Ku=1Ke=2,Kde=0.1,Ku=5第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計（2）隸屬度函數(shù)對系統(tǒng)性能的影響www.islide.cc34t=1s，500N輸出u的MF值修改輸出變量的隸屬度函數(shù)?=修改比例因子?第4章4.5.2倒立擺模糊控制系統(tǒng)設(shè)計4.6模糊控制與PID控制的結(jié)合算法/051.多?？刂?6切換條件：

模糊控制器PID控制器對象|e|<=E|e|>Er-ye第4章4.6.1模糊控制與PID的混合結(jié)構(gòu)Matlab中的切換開關(guān)Switch第4章4.6.1模糊控制與PID的混合結(jié)構(gòu)2.并聯(lián)混合結(jié)構(gòu)38（1）模糊控制與前饋控制的并聯(lián)第4章4.6.1模糊控制與PID的混合結(jié)構(gòu)2.并聯(lián)混合結(jié)構(gòu)39（2）模糊控制與積分控制的并聯(lián)第4章4.6.1模糊控制與PID的混合結(jié)構(gòu)2.并聯(lián)混合結(jié)構(gòu)40（3）模糊控制與含有模糊積分增益的積分控制并聯(lián)第4章4.6.1模糊控制與PID的混合結(jié)構(gòu)2.并聯(lián)混合結(jié)構(gòu)41（4）模糊PD與模糊PI控制并聯(lián)第4章4.6.1模糊控制與PID的混合結(jié)構(gòu)2.并聯(lián)混合結(jié)構(gòu)42（5）模糊PI第4章4.6.1模糊控制與PID的混合結(jié)構(gòu)4.6.2PID參數(shù)模糊自整定算法對象r-ye模糊控制器kpkikdde/dtPID控制器第4章4.6.2PID參數(shù)模糊自整定算法輸入：e、de輸出：2.模糊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.輸入輸出隸屬度函數(shù)第4章