一种基于球杆系统的复合控制器设计开题报告

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1、HEFEIUNIVERSITY毕业论文（设计）开题报告题　　目　一种基于球杆系统的复合控制器设计　　系　　别电子信息与电气工程系年级专业（班级）09自动化姓　　名指导老师完成时间2013-3-31合肥学院电子信息与电气工程系毕业设计（论文）开题报告学生：杭小光0905076009班级：09自动化（1）班论文题目一种基于球杆系统的复合控制器设计导师姓名干开峰可行性方案分析具体内容见附页参考文献[1]固高科技公司.球杆系统实验指导书[M].固高科技公司,2005.[2]刘金琨.先进PID控制Matlab仿真(第2版)[M].北京:电子

2、工业出版社,2004.[3]王小平,曹立名.遗传算法理论与应用[M].西安:西安交通大学出版社,2002.[4]SunZL，HuangDS，CheungYM．ExtractingnonlinearfeaturesformuhispectralimagesbyFCMCandKPCA[J]．DigitalSignalProcessing，2005，15(4)：331-344．[5]钟秉翔,高国芳.一种精简化的球杆系统控制器建模方法[J].自动化仪表,2012.33(3):53-56.[6]胖永新，金迪，孟宪东.球杆系统的建模、仿真与控

3、制器设计[J].武汉大学学报，2005.12[7]张志勇，何东健，张建锋，张军辉.基于MATLAB环境下球杆系统PID控制器设计[J].农机化研究，2006.5开题小组及教研室意见开题小组签名：年月日可行性方案分析研究背景球杆系统是进行控制理论教学及开展各种控制试验的理想平台，许多抽象的概念如控制系统的稳定性、可控性、系统的收敛速度和系统的抗干扰能力等，都可以通过球杆系统直观的表现出来。迄今，人们己经利用经典控制理论、现代控制理论以及各种智能控制方法实现了对球杆系统的控制。主要内容以固高公司的球杆系统为研究对象，设计一种复合控制器

4、对这个球杆系统进行控制研究，使其系统具有结构简单、易于实现以及具有较强的适应性和鲁棒性,并且可以获得良好的动态性能和稳态性能。设计方案硬件平台球杆系统主要由以下几部分组成，如下图1所示：图1球杆系统的组成球杆系统组成：包含直流伺服马达和直流电源的机械部分和IPM100智能伺服驱动。机械部分包括底座、小球、横杆、减速皮带轮、支撑部分、马达等。如图2所示。图2球杆系统机械部分组成小球可以在横杆上自由的滚动，横杆的一端通过转轴固定，另一端可以上下转动，通过控制直流伺服电机的位置，带动皮带轮转动，通过传动机构就可以控制横杆的倾斜角。直流伺

5、服电机带有增量式编码器（1000P/R），可以检测电机的实际位置，在横杆上的凹槽内，有一线性的传感器用于检测小球的实际位置，两个实际位置的信号都被传送给控制系统，构成一个闭环反馈系统。当带轮转动角度θ，横杆的转动角度为α，当横杆偏离水平的平衡位置后，在重力作用下，小球开始沿横杆滚动。我们的目的是设计一个控制器，通过控制电机的转动，使小球稳定在横杆上的某一平衡位置。方案设计一、基于PID控制的球杆系统PID控制的一种评价方法是根据控制量随时间变化的响应波形提出评价指标，并用该指标值进行系统评价。从实际应用仿真中可得出：把钢球实际位置

6、调整到目标位置，钢球位置误差及其微分（钢球速度）很快地趋于静止。Kp值的调整对钢球超调影响很大，具体表现在钢球偏离目标位置的距离。Ki的调整对系统形态误差的消除有明显的作用，具体表现在钢球在静止后相对于目标位置的位置误差。Kd影响系统的震荡次数，具体表现在钢球在目标位置附近的震荡次数。虽然PID参数较易整定，也就是，PID参数Kp，Ti和Td可以根据过程的动态特性及时整定，但是PID控制却难以控制非线性复杂过程。二、遗传算法简介遗传算法是一类借鉴生物界的进化规律（适者生存，优胜劣汰遗传机制）演化而来的随机化搜索方法。其主要特点是直

7、接对结构对象进行操作，不存在求导和函数连续性的限定；具有内在的隐并行性和更好的全局寻优能力；采用概率化的寻优方法，能自动获取和指导优化的搜索空间，自适应地调整搜索方向，不需要确定的规则。遗传算法有着与问题领域无关切快速随机的搜索能力；搜索从群体出发，具有潜在的并行性，可以进行多个个体的同时比较；搜索使用评价函数启发，过程简单；使用概率机制进行迭代，具有随机性；具有可扩展性，容易与其他算法结合。同时遗传算法也存在着一些缺点，最主要的是没有能够及时利用网络的反馈信息,故算法的搜索速度比较慢，要得要较精确的解需要较多的训练时间。因此在此

8、我选择自适应遗传PID控制，通过建立球杆系统机械部分模型、角度模型和电机模型,得到整个球杆系统的数学模型;设计基于遗传算法的自适应PID控制器,通过在线整定控制器参数,提高球杆系统的控制性能。三、基于遗传算法PID控制的球杆系统遗传算法在线整定PI