摘要
倒立摆装置被公认为是自动控制理论中的典型实验设备，而一阶倒立摆系统为典型的多变量、非线性、自然不稳定系统。对倒立摆的研究可归结为对非线性、高阶次、不稳定一类系统的研究，其控制方法和思路的研究对一般工业过程有广泛的用途。
本论文主要针对一阶倒立摆系统进行模糊PID控制器设计。首先，对一阶倒立摆设备进行了系统分析，了解其工作机理，硬件结构，软件功能，并以垂直位置为动态稳定点得到这一位置的线性化方程。其次，对模糊控制技术进行了分析，并对模糊PID控制器进行了详细的研究、设计和总结。然后，以一阶倒立摆为被控对象，利用MATLAB软件的SIMULINK仿真功能先用常规PID控制算法进行控制；在常规PID控制的基础上设计了模糊参数自适应PID控制器。模糊参数自适应PID控制器是在PID控制器的基础上对PID参数进行在线修改，增强了PID控制器的自适应性。当系统受到干扰，模型发生改变时，仿真结果表明了对于一阶倒立摆这一复杂非线性系统，模糊PID控制器比常规PID控制有较强的控制能力。
最后，在仿真设计的基础上，采用MATLAB软件的FUZZY控制工具箱生成模糊PID控制器并将其应用于一阶倒立摆系统的控制上，进行了可行性验证，调试顺利，效果良好。实验结果表明，对于倒立摆这一较复杂的系统，采用模糊PID控制算法有效。
关键词：一阶倒立摆；模糊控制；模糊PID控制；PID控制
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