基于球杆系统复合控制器设计毕业论文设计

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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XHEFEIUNIVERSITY毕业设计（论文）开题报告题目基于球杆系统复合控制器设计系别电子信息与电气工程系年级专业08自动化（3）班姓名高参指导老师干开峰完成时间2012年3月12日X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：高参班级：08自动化（3）班论文题目基于球杆复合控制器设计导师姓名

2、干开峰可行性方案分析研究背景、主要内容、设计方案、关键问题、时间安排等。具体见附面。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]潘健,王俊,汤才刚.基于倒立摆的两种控制策略的研究[J].现代电子技术,2008(1):129-131[3]王良顺,尹平林,代鄂东.基于倒立摆的一种控制器的设计与仿真[J].计算技术与自动化,2006(1):29-31[4]湛力,孙鹏,陈雯柏.倒立摆系统的自摆起和稳定控制[J].计算机仿真,2006,23(8):289-292开题小组及教研室意见开题小组签名：年月日基于球杆系统的复合控制器设计X1.研究背景球杆系统是为自

3、动控制原理等基础控制课程教学实验设计的实验设备，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。对于一个固定的导轨仰角，小球以一个固定的加速度运动直到停在导轨的底端。在控制领域中，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。有必要先要在实验室中研究，而球杆系统正是解决这种矛盾的最好实验工具，它简单，安全并且具备了非线性不稳定系统所具有的重要的动态特性。在工程实际应用中，应用最广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分

4、控制，简称PID控制。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、鲁棒性好，工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。但是对一些大惯性、非线性和时变的系统常规PID控制就无能为力了。由于负载扰动或环境变化，受控过程参数和模型结构均发生变化，由于受到参数整定方法烦杂的困扰，常规PID控制器参数往往整定不良、性能欠佳，对运行工况的适应性差。针对这些问题，人们一直在寻求PID控制器参数的自动整定技术，以适应复杂的工况和高指标的控制要求。随着计算机技术和模糊控制技术的发展，这种设想已变成了现实。所谓模糊控制是不依赖被控对象精确的数学模型，是在总结操作经验基础上的实现

5、自动控制的一种手段。本文将模糊控制和PID控制结合起来，应用模糊推理的方法实现对PID参数进行在线自整定，实现PID参数的最佳调整，设计出参数模糊自整定PID控制器，并进行了Matlab/Simulink仿真。仿真结果表明，与常规PID控制系统相比，该设计获得了更优的鲁棒性和动、静态性及具有良好的自适应性。2.项目研究意义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。3.主要内

6、容论文主要是以一种典型的非线性系统即球杆系统作为本文的研究对象，具体是从以下几方面内容进行的：1，较系统地对球杆系统的控制器研究发展状况进行了阐述，并指出了本课题球杆控制系统研究意义所在。X2，本文分别利用PID控制器设计和模糊控制器设计并比较优缺点，得出两者进行复合控制器设计效果更好。3，运用MATLAB软件的Simulink开发环境和模糊逻辑工具箱对上述几种方法进行建模仿真4.控制系统的总体设计方案4.1球杆系统的建模1．球杆机械部分的数学模型对小球在导轨上滚动的动态过程的完整描述是非常复杂的,设计的目的是对于该控制系统给出一个相对简单的数学模型.实际上使小球在导轨上加速滚动的力

7、是小球的重力在同导轨平行方向上的分力同小球受到的摩擦力的合力.小球在导轨上滚动的过程近似成一个质点在没有摩擦的光滑表面上滚动.根据牛顿定理,小球在导轨上滚动的动力学方程为其中:x(t)为小球在轨道上的位置;M为小球的质量;g为小球的重力加速度;ø(t)为导轨与水平面之间的夹角.假设导轨与水平面之间的夹角ø(t)相当小,将上式线性化得到:将上式进行拉普拉斯变换得到以下传递函数:2、角度模型在实际控制过程中,导轨与水平面之间的夹角是由直流伺服电机的转角输出来实