Research on variable universe fuzzy controller design for flexible double inverted pendulum system.pdf

简介：
倒立摆系统因其具有复杂性、非线性和不稳定性而闻名，在控制工程理论与应用中扮演着重要角色。传统倒立摆系统的研究已经较为全面，但对加入自由弹簧的柔性二级倒立摆的研究仍有待进一步探讨。相较于传统倒立摆系统，柔性二级倒立摆通过引入自由弹簧这一环节，其动态阶数和复杂性都有所提升。在柔性二级倒立摆的建模方法中，普遍应用拉格兰日方法。尽管这种建模方式具有简明的数学表达，但缺乏直接的物理解释，使得人们对系统本质的理解不够深入。此外，现有的控制方案以线性控制器为核心，在应对实际柔性倒立摆系统的非线性动态需求时，难以实现良好的适应性控制，导致整体性能表现欠佳。针对这些挑战，研究者开发了一种基于机理建模的方法，该方法通过深入分析摆杆与小车的动力学特性，能够较为清晰地建立柔性倒立摆运动模型。在此基础上，运用了LQR理论来确定系统的反馈增益向量，并通过降维技术，开发了一种基于变论域模糊控制理论的双输入单输出控制器。该控制器整合了模糊和自适应控制系统。基于变论域概念的应用，使其在系统参数发生变化时能够自主优化控制策略，增强系统的灵活性和抗干扰能力。这种变论域模糊控制器设计充分考虑了系统实时动态特性的特征，基于当前系统状态自动优化调节范围，从而显著提升控制性能。在实验测试阶段，我们将其应用到实际控制系统中。相较于传统LQR控制方案，在相同的硬件条件下进行测试后发现，新型控制器的性能指标显著优于后者。研究工作中还具体阐述了柔性二级倒立摆系统的受力分析过程，并详细推导出了质心位置与转轴坐标之间的数学关系式。通过机理建模方法深入探讨了系统运动模型的本质特征，为控制系统的设计提供了理论支持。基于以上研究内容，在推进控制工程理论方面具有重要意义，并且为智能控制领域提供了新的思路和方法。变论域模糊控制器在控制复杂柔性二级倒立摆系统方面展现出显著的优势，可呈现更高精度与更为稳定的控制系统性能。此外，该研究通过现有物理知识与数学工具对控制系统进行深入解析，阐述了通过现有物理知识与数学工具对控制系统进行深入解析的方法，并为复杂系统的建模和控制提供了有价值的参考。在本研究中，获得的部分资助支持是开展该类控制理论及其实证应用的重要保障。其中一部分源于国家自然科学基金项目以及中央高校基本科研业务费的资助。科学经费在推进该类控制理论及其实证应用方面发挥着关键作用。此外，作者简介部分进一步揭示了研究团队成员的专业素养及其研究聚焦领域。这些补充信息不仅有助于提升研究背景的真实可靠性，同时也为后续学者开展相关领域的深入研究奠定了基础。