球杆系统的模糊控制仿真.研究

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1、哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《球杆系统的模糊控制仿真研究》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：哆之浏日期：伊绎厂月钐日哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书《球杆系统的模糊控制仿真研究》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的

2、研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于”保密口，在、年解密后适用授权书。不保密口。(请在以上相应方框内打v)作者签名：澎盘列日期：口矽∥年／月够日导师虢弘努嗍聊年舌月哆日哈尔滨理T大学．T学硕士学位论文第1章绪论1．1课题背景和研究意义1．1．1课题背景随着控制科学技术的高度发展，被控对象越来越复杂，控制过程往往具有非线性、强耦合、大滞后等

3、特点，各种参数也往往具有时变性，系统没有明确的物理或化学规律可遵循。无论是经典控制论还是现代控制论，对于目前的各种复杂对象，它们常常是束手无策，按照这些已经比较完备理论的先建模再设计的控制策略，在很多情况下研究的起步就面临很大的困难。控制科学面临着理论发展遭遇瓶颈，应用不能满足要求的情况，这种条件人们提出了智能化控制方法，模糊控制就是其中之一。它的基本思想是基于现场操作人员的经验及专家知识，从中提炼出控制规则，再根据这些规则和给定输入利用模糊推理得出系统要求的控制量。但是与已经比较完善的经典和现代控制理论，模糊理论仍然是一门发展中的理论，还有许多问题有待解决II

4、捌。为了在实验室对非线性系统进行研究，控制工作者设计了各式各样非线性实验设备。球杆实验设备就是其中最典型的实验设备之一。从其构成上来说，它结构简单，安全：从内部机理上来说，该系统涵盖了许多经典和现代控制对象的特性，同时它还是一个非线性不稳定系统，其中小球在导轨上滚动过程的动态描述及控制都十分复杂。可以说，它具备了当今作为控制领域主要研究对象一非线性不稳定系统的所有重要特征[41。1．1．2课题的研究意义随着控制范围和对象的不断延伸以及人们对对象控制品质和精度的不断提高，非线性不稳定系统及复杂大系统等的控制研究越来越引起人们的重视。这是因为任何实际系统都是非线性的

5、，并且同时还存在参数和结构不确定性。非线性不稳定系统是更为一般的系统，只是强弱不同，并且在一些简单的控制器设计中，在满足一定条件的情况下可以忽略，但这方面的矛盾已经是越来越突出。模糊控制是当今最先进的控制技术之一，是人们用于解决非线性不稳定系哈尔滨理T大学‘丁学硕一卜学位论文统控制问题的重要手段瞪】。它的着眼点不是系统的数学模型，而是现场操作人员的经验及专家知识，是一种更易于实现人的控制经验的方法。非线性不稳定系统的建模和控制器的设计有许多需要克服的难点问题，有必要首先在实验室中研究，球杆系统为解决这个问题提供了一个很好的平台，所以说本课题具有十分重要的研究价值

6、和实际意义。球杆系统是为经典控制理论及现代控制理论等控制论课程的教学实验和学术研究而设计的实验设备，它是控制领域一个经典的实验研究对象，图1．1为球杆系统的基本组成。除了涵盖许多经典和现代的控制设计方法外，这个系统有其非常重要的性质，如非线性和开环不稳定性。球杆系统的非线性体现在驱动导轨运动的电机主轴与导轨仰角之间、齿轮和导轨之间的传动等多处的非线性关系；称球杆系统是不稳定系统，是因为即便导轨的仰角不变，小球的位置也是不稳定的。通过球杆系统这一平台可以形象直观的反映控制器的控制效果。球杆系统作为一个典型的教学和研究设备，可以用于实现各种己有的控制理论和方法，也可

7、以作为新的理论和控制方法的检验工具。因此对于球杆系统的研究极大地促进了控制系统新理论、新思想的发展睁7l。图1-1球杆系统的机械部分Fig．I-1Machineofbeamandballsystem哈尔滨理T大学工学硕．1j学位论文l，2模糊控制的发展及研究状况1．2．1模糊控制论的产生与发展早在上世纪20年就已经有了有关模糊思想的萌芽，而它的正式提出则是在1965年由L．A．Zadeh博士提出的【引。在论文(FuzzySet》中首次提出了表达事物模糊性特性的重要概念一隶属函数，以此来描述现象差异的中问过渡，借助于隶属函数可以表达一个模糊概念从“完全不属于"到“

8、完全属于"的过渡，对所有