基于云模型理論的倒立擺智能控制方法研究.pdf

1、智能控制是一類具有某些仿人智能行為特征的控制策略，主要針對模型參數(shù)復(fù)雜、模型結(jié)構(gòu)難以用數(shù)學(xué)方法精確描述的被控對象。李德毅院士提出的云模型理論是基于不確定性人工智能的思想，該理論著重于對象的不確定性分析，將模糊性與隨機(jī)性結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了定性概念與定量數(shù)值之間的不確定性轉(zhuǎn)換，基于該理論的方法現(xiàn)已成功地運(yùn)用于倒立擺的穩(wěn)定控制、知識開采和數(shù)據(jù)挖掘、系統(tǒng)效能評估等方面。倒立擺系統(tǒng)作為一種實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在教學(xué)和科研過程發(fā)揮著重要作用，它以其自身的非線

2、性、強(qiáng)耦合、多變量和自然不穩(wěn)定性，成為檢驗(yàn)各種控制理論和方法的理想模型。
　　 本文以云模型理論作為基石，對一級倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)定控制問題進(jìn)行了研究。首先，采用牛頓力學(xué)方法建立了倒立擺系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，分析了倒立擺系統(tǒng)的定性控制機(jī)理，并給出了倒立擺系統(tǒng)的各種動平衡模式。其次，詳細(xì)闡述了云模型的基本理論，重點(diǎn)分析了正態(tài)云模型的正向云發(fā)生器和逆向云發(fā)生器，并對定性規(guī)則的云推理進(jìn)行介紹。再次，基于正態(tài)分布的“3En原則”對隸屬云概念判定的

3、算法進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的算法降低了模糊概念判定的時間復(fù)雜度，且用于云推理時可以避免激活無效規(guī)則。此外，本文以MATLAB語言為工具對正向云發(fā)生器和逆向云發(fā)生器進(jìn)行了軟件實(shí)現(xiàn)，為倒立擺系統(tǒng)云控制器設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)提供了軟件支持。最后，利用改進(jìn)的云模型控制算法對倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行控制，并與線性二次型最優(yōu)控制(LQR)控制方法進(jìn)行對比，仿真結(jié)果表明，該方法控制的倒立擺系統(tǒng)具有良好的動態(tài)響應(yīng)性能和魯棒性，體現(xiàn)了云模型理論在處理不確定性問題上所具有的優(yōu)勢。