单级倒立摆控制系统设计及simulink仿真摘要：倒立摆系统是一个典型的多变量、非线性、强藕合和快速运动的自然不稳定系统。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，相关的科研成果己经应用到航天科技和机器人学等诸多领域。单级倒立摆系统是一种广泛应用的物理模型。控制单级倒立摆载体的运动是保证倒立摆稳定性的关键因素。为了避免常用的物理反馈分析方法和运动轨迹摄像制导控制方法的某些缺点，本文从力学的角度提出对倒立摆的运动进行纯角度制导分析，完成了对倒立摆载体的角度制导运动微分方程的数学建模，设计了该模型的模糊控制系统，并利用Matlab\simulink软件工具对倒立摆的运动进行了计算机仿真。实验表明，这种模糊控制配合代数解析方法的运算速度和计算机仿真的效果均较物理反馈制导控制方法有了一定的提高。该方法可以有效地改善单级倒立摆控制系统的性能。本论文的主要工作是研究了直线一级倒立摆系统的模糊控制问题，用Matlab和Simulink对一级倒立摆模糊控制系统进行了仿真，验证了设计的可行性。本文论述了一级倒立摆数学建模方法，推导出他们的微分方程，以及线性化后的状态方程。讨论了单级倒立摆系统的模糊控制方法和操作步骤。用Simulink实现了单级倒立摆模糊控制仿真系统，分别给出一级倒立摆系统控制量的响应曲线。通过仿真说明控制器的有效性和实现性。关键词：单级倒立摆；仿真；模糊控制；运动；建模；SimulinkDesignofsinglestageinvertedpendulumcontrolsystemandSimulinksimulationAbstract:invertedpendulumsystemisunstablesystemwithatypicalmultivariable,nonlinear,strongcoupledandfastmotion.Sotheresearchontheattitudeadjustmentofthedoublefootrobotandtheattitudeadjustmentoftherocketlaunchingprocessandthehelicopterflightcontrolfieldhavepractical,significance.Therelatedscientificresearchachievementshavebeenappliedtomanyfieldssuchasaerospacescienceandrobotics.Singleinvertedpendulumsystemisawidelyusedphysicalmodel.Controllingthemovementofthesingleinvertedpendulumisthekeyfactortoguaranteethestabilityoftheinvertedpendulum.Inordertoavoidsomeshortcomingsofcommonphysicalfeedbackanalysismethodandmotiontrajectorycameraguidancecontrolmethod,thispaperpresentsapureangleguidanceanalysisonthemotionoftheinvertedpendulum,anddesignsthefuzzycontrolsystemofthemodel.Experimentalresultsshowthattheoperationspeedandcomputersimulationofthiskindoffuzzycontrolcombinedwithalgebraicanalysismethodareimprovedbythephysicalfeedbackcontrolmethod.Thismethodcaneffectivelyimprovetheperformanceofasinglestageinvertedpendulumcontrolsystem.Inthispaper,themainworkofthispaperistostudythefuzzycontrolofalinearinvertedpendulumsystem,andtheMatlabandSimulinktosimulatethefuzzycontrolsystemofasingleinvertedpendulum,verifythefeasibilityofthedesign.Andamathematicalmodelingmethodofaninvertedpendulumisdescribed,theirdifferentialequationsarederived,andtheequationofstateislinearized.Thefuzzycontrolmethodandoperationstepsofsinglestageinvertedpendulumsystemarediscussed.UsingSimulinktorealizethefuzzycontrolsimulationsystemofasingleinvertedpendulum,theresponsecurveofthecontrolofaninvertedpendulumsystemisgiven.Theeffectivenessandtheimplementationofthecontrollerareillustratedbysimulation.Keywords:Invertedpendulum;Simulation;Fuzzycontrol;Motion;modeling;Simulink引言倒立摆系统是研究控制理论的一种典型实验装置，具有成本低廉，结构简单，物理参数和结构易于调整的优点，是一个具有高阶次、不稳定、多变量、非线性和强藕合特性的不稳定系统。在控制过程中，它能有效地反映诸如可镇定性、鲁棒性、随动性以及跟踪等许多控制中的关键问题，是检验各种控制理论的理想模型。迄今人们已经利用经...
