基于球杆系统复合控制器设计

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1、学校代码：11059学号：0805070355HefeiUniversity毕业论文（设计）BACHELORDISSERTATION论文题目：基于球杆系统的复合控制器设计学位类别：工学学士年级专业（班级）：自动化(3)作者姓名：高参导师姓名：干开峰完成时间：2012年5月22日III基于球杆系统的复合控制器设计中文摘要球杆系统是控制理论研究中最为著名的实验设备之一，许多学者在控制理论中的研究都通过球杆系统进行验证。对球杆系统进行控制的方法多种多样，从经典控制理论中的PID控制到现代控制理论的模糊控制、神经网络控制、自适应控制等,都可以在球杆系统中

2、得以实现。本课题主要实现一种模糊自适应PID复合控制器对球杆系统进行控制。在深入分析球杆系统的结构特点，以及影响球杆系统稳定的因素的前提下，确定球杆系统的数学模型，得到易于控制又不失精确性的最终的数学模型，进而根据数学模型设计模糊自适应PID复合控制器。最后对所设计的模糊自适应PID复合控制器进行仿真实验，并将其控制效果与传统PID控制器、单一的模糊控制器进行比较，结果表明该复合控制器具有良好的控制效果。关键词:球杆系统；模糊控制；PID控制；自适应IIIDesignofcompoundcontrollerbasedonBall-beamsyst

3、emABSTRACTTheBall-beamsystemisoneofthemostfamousexperimentalequipmentsfortheresearchofcontroltheories,andalotofscholarsverifiedtheirtheoriesthroughthissystemintheirstudyoncontroltheory.Avarietyoftheories,fromtheclassicaltheoriessuchasPIDcontroltomoderntheoriessuchasfuzzycontr

4、ol,neuralnetworkcontrol,adaptivecontrolandsoon,canbeimplementedwhentheyareusedtocontroltheball-beamsystem.Tothispaper,IwanttodesignafuzzyadaptivePIDcontrollersuitablefortheball-beamsystem.Basedonthethoroughanalysisofthestructuralcharacteristicsoftheball-beamsystemandtheinflue

5、ncingofitsstability,weestablishthefinalmathematicalmodelwithoutlosingitsaccuracyandeasytocontrol,andthendesignaadaptivefuzzyPIDcontrolleraccordingtothismodel.Atlast,Thesimulationresultsofthefuzzyparameteradaptivecontrollerdesignedaboveshowitscontroleffectisbetterthanthoseofth

6、eclassicalPIDcontrolandthesingularfuzzycontroller.KEYWORD:Ballbeamsystem;Fuzzycontrol;PIDcontrol;AdaptiveIII目录第一章前言11.1球杆系统研究现状11.2课题研究的目的和意义11.3本文章节安排2第二章球杆系统概述32.1球杆系统组成32.2球杆系统软件实现42.3球杆系统数学模型建立5第三章PID控制算法设计与实现73.1PID控制概述73.2球杆系统PID控制设计与仿真93.2.1球杆系统PID控制设计93.2.2球杆系统PID控制仿真

7、10第四章模糊控制算法设计与实现124.1模糊控制概述124.2模糊控制器结构和设计154.3模糊控制算法实现与仿真18第五章模糊自适应PID复合控制器设计与实现235.1模糊自适应PID复合控制原理235.2模糊自适应PID复合控制算法的实现245.3模糊自适应PID复合控制算法仿真295.3.1模糊自适应PID复合控制建模仿真315.3.2球杆系统在模糊自适应PID复合控制下的实时仿真31第六章总结33参考文献34致谢35附录36III第一章前言1.1球杆系统研究现状球杆系统是一个非线性不稳定系统，球杆系统的非线性体现在驱动导轨运动的电机主轴

8、与导轨仰角之间以及齿轮与导轨之间的传动存在多处非线性关系。称球杆系统是不稳定系统，是因为即便导轨的仰角是固定的，小球的位置仍然是未知的。