期刊刊名：科學與工程技術期刊 　 卷期：5卷1期

篇名出版日期：2009年3月1日

作者：黃登淵,林春日,陳南樺,楊晏和

語言：Chinese

關鍵字：倒單擺系統,PIC,inverted-pendulum system,LQR,PID,fuzzy control

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摘要：
由於倒單擺機構屬於典型的非線性與不穩定系統，因此極適合用來測試各種不同的控制器性能。本文提出新的控制法則，包含LQR（linear quadratic regulator）+PI（proportion and integration）與LQR+Fuzzy，並與傳統的PID（proportion, integration and derivation）與LQR等控制法則進行比較，結果顯示出較好的控制能力。除新控制法則的提出外，本文也實現了倒單擺系統機械架構與硬體控制電路之設計。在控制電路方面，至少完成：PIC18F452主控制電路、HCTL2020光學編碼器解碼電路、馬達驅動電路與RS232串列傳輸電路等設計。本文採用美商Microchip高階之八位元微控制器PIC18F452來做為本系統之控制核心，實現的控制法則有：PID控制器、LQR控制器、LQR+PI控制器與LQR+Fuzzy控制器等。透過實際量測可知：當僅採PID控制器時，且台車位置在原點附近時，單擺角度可控在 -1.8~+1.1度之間，但台車位置則完全不可控；至於LQR控制器，倒單擺系統之直立角度可控在 -1.8~+3.4度之間，而台車位置則在 -1.4~+10.8公分間左右來回，因此位置控制並不理想；當PI控制器加入到LQR控制器時，其單擺角度與台車位置分別可控在 ±2度與±3公分以內。很明顯地，LQR+PI控制器在控制倒單擺系統之直立定位能力優於LQR與PID控制器。當結合Fuzzy控制法則到LQR控制器時，根據量測結果可知，單擺角度與台車位置可分別控在±2度與±3公分以內，表示LQR+Fuzzy控制器之能力與LQR+PI控制器相當，但卻可以避免PI控制器調整參數所帶來的麻煩。

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