倒單擺之適應性解耦合控制器設計

Adaptive Decoupling Controller Design for Inverted Pendulum

葉晉榮(Chin-Jung Yeh)

指導教授 ： 林志民

元智大學/工程學院/電機工程學系/碩士(2006年)

https://doi.org/10.6838/YZU.2006.00125

摘要

由於倒單擺控制系統為一個非線性且不穩定之系統，因此常被眾多研究視為驗證控制法則的討論對象。再加上因為單擺角度與台車位置之間會相互影響、干擾，所以若使用傳統控制理論來完成穩定單擺與台車定位這兩個控制目標是相當困難的。本研究利用模糊解耦合的方式來將系統分解成兩個子系統，並利用滑動模式的方法來減低模糊邏輯控制的規則數目，且利用適應性法則來自動學習所需的控制規則以同時完成倒單擺系統的穩定單擺與台車定位兩個控制目標。最後，將此適應性解耦合模糊滑動控制法則應用到實際的倒單擺系統上來加以驗證所提出方法之可行性，經由實驗結果可以證明適應性解耦合控制可以成功地完成預期的控制目標。

關鍵字

倒單擺控制 ； 模糊控制 ； 滑動控制 ； 解耦合

並列摘要

The inverted pendulum system is a typical fourth-order nonlinear, time-varying, coupling, and unstable dynamic system. In this study, an adaptive decoupled fuzzy sliding-mode controller (ADFSMC) is proposed to achieve the control objectives of the inverted pendulum system. In the ADFSMC, the whole fourth-order nonlinear system is decoupled into two second-order subsystems. The control action is combined with main subsystem and secondary subsystem to make both subsystems moving toward their sliding surfaces, respectively. Moreover, an adaptive law based on Lyapunov stability theory can online tune the fuzzy control rules and the bound of uncertainty approximation error, so that the whole system’s stability can be guaranteed. Finally, we utilize the ADFSMC to control the actual inverted pendulum system. From the experimental results, it is shown that the ADFSMC can achieve the control objectives and can overcome the external disturbance.

並列關鍵字

Inverted pendulum system ； fuzzy logic control ； sliding-mode control ； decoupled

參考文獻

Taiwan Ltd., Taiwan, 1996.

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