基于t-s模糊模型转台伺服控制系统设计的研究

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1、+国内图书分类号：TP273.5国际图书分类号：681.532.8工学硕士学位论文基于T-S模糊模型的转台伺服控制系统设计研究硕士研究生:张华导师:马广富教授申请学位:工学硕士学科、专业:导航、制导与控制所在单位:控制科学与工程系答辩日期:2006年6月授予学位单位:哈尔滨工业大学+ClassifiedIndex:TP273.5U.D.C.:681.532.8DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNANDRESEARCHONTABLESERVOCONTR

2、OLSYSTEMBASEDONT-SFUZZYMODELCandidate:ZhangHuaSupervisor:Prof.MaGuangfuAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:Navigation,GuideandControlDept.ofControlScienceandAffiliation:EngineeringDateofDefence:June,2006Degree-Conferring-Institution:Harbin

3、InstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本论文以某三轴仿真转台的研制为背景，对转台伺服控制系统进行了设计研究，包括转台的结构组成、数学模型以及控制系统设计方法。针对对象存在的非线性和不确定性，本文提出了应用T-S模糊理论，将非线性问题的处理归结为线性矩阵不等式（LMI）的求解问题，并基于T-S模糊模型对转台控制对象进行了设计和仿真分析。本文主要内容有：首先根据系统性能指标要求及实际情况，给出了转台的机械结构，并选择了无刷直流电动机为驱动元件和光电码盘为测量元件。论述了无刷直流

4、伺服电动机的工作原理及其特性，推导出其非线性动力学模型。同时给出了转台对象的主要不确定性因素，并详细分析了它们对系统的影响。其次主要研究了基于T-S模糊模型的跟踪控制问题，介绍了T-S模糊模型以及LMI基本理论，之后研究了模型参考跟踪控制理论。给出了能保证系统具有给定的H跟踪控制性能的充分条件，同时，针对系统存在的不确定∞性，给出了既能保证鲁棒稳定性又能保证跟踪控制性能的充分条件，为转台控制器的设计奠定了基础。最后对转台控制系统进行了设计和仿真研究。通过转台的非线性动力学模型建立了转台速度环以及位置环的T-S模

5、糊模型，设计了实现速率定位功能的速度环鲁棒最优控制器。根据实际系统要求的性能指标给出了需要跟踪的转台参考模型，然后针对系统存在和不存在不确定性的两种情况分别对转台设计了基于观测器的T-S模糊控制器，应用MatlabSimulink建立了仿真模块，并对仿真结果进行了分析，结果表明满足系统提出的性能指标，而且具有很好的抗干扰能力。关键词转台；不确定性；T-S模糊模型；线性矩阵不等式；跟踪控制I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractUnderthebackgroundofthethree-axessimula

6、tiontablesystem,thetableservocontrolsystemisstudiedanddesigned,includingframestructure,mathematicalmodelandmethodofcontrolsystemdesign.T-S(Takagi-Sugeno)fuzzytheoryisproposedtodealwiththenonlinearanduncertaintiesoftheplant,thenthenonlinearproblemscanbeconver

7、tedtolinearmatrixinequalities(LMIs)problemswhichcanbesolvedeasilybyusingLMIoptimizationtechniques.ThetablecontrolsystemisdesignedandsimulationanalyzedbasedonT-Sfuzzymodel.Themaincontentofthedissertationisasfollow:First,accordingtothecontrolperformanceofthesy

8、stemandactualapplication,mechanismframeofthetableispresented.Thenbrushlessdcmotorischosentobedrivingelementandangleencoderischosentobemeasuringelement.Thetheoryofbrushlessdcmotorisdiscussedandit