板球系统建模与控制研究

发布时间：2023-11-15 17:36

　　板球系统实质是一个经典的非线性控制对象,其具有多变量、强耦合、欠驱动等特性。通常被用以验证控制算法的有效性,以及评判和对比算法性能的优异与否。作为控制理论的典型基准实验研究平台,板球系统受到了国内外学者的广泛关注。基于其国内外研究情况可知,板球系统所具有的强耦合、不确定、非线性特性,可以被引申到大量的类似工控设备。这类系统本身受到的影响通常是多方面的,如在板球系统中,小球的滚动速度、摩擦系数的大小、设备运行环境的干扰因素、设备本身机械耦合的精密程度等都会对板球系统的运行状态产生影响,直接体现在其对期望轨迹的拟合程度、拟合时间及跟踪速度等方面。围绕该问题,本文的主要研究方法及成果如下:(1)板球系统简介及其动力学建模:对板球系统的运动姿态及受力情况进行了分析,介绍了板球系统的机械组成原理和机制。基于控制系统分析的前提,结合板球系统中小球在平板上的运动姿态建立了相应的动力学模型。依据所建立动力学模型,提出了相应的动力学微分方程以及动力学状态方程,就方程的线性化化解等问题,做了进一步的探讨和推导。(2)板球系统的模糊PID自整定控制:基于动力学模型验证的需要,及传统PID控制参数试凑法的困难...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 论文研究的背景及意义
    1.3 国内外的研究现状和分析
        1.3.1 板球系统国内研究现状
        1.3.2 板球系统国外研究现状
    1.4 本文的工作内容
第二章 板球系统的动力学分析与模型建立
    2.1 引言
    2.2 板球系统的物理结构与工作原理
        2.2.1 板球系统硬件物理模型
        2.2.2 板球系统坐标系的建立
        2.2.3 板球系统的工作原理
    2.3 板球系统动力学建模
        2.3.1 牛顿力学与拉格朗日力学
        2.3.2 拉格朗日方程原理
        2.3.3 板球系统动力学参数
        2.3.4 板球系统动力学模型建立
    2.4 板球系统模型简化
        2.4.1 模型解耦
        2.4.2 板球系统数学模型的线性化处理
    2.5 本章小结
第三章 板球系统的参数自整定模糊PID控制
    3.1 引言
    3.2 经典PID控制理论
    3.3 模糊控制
        3.3.1 模糊控制概念
        3.3.2 模糊控制优缺点及分类
        3.3.3 模糊控制系统
    3.4 板球系统的参数自整定模糊PID控制
        3.4.1 模糊自整定PID控制
        3.4.2 模糊PID自整定控制器设计
    3.5 板球系统模糊自整定PID控制仿真及实验
        3.5.1 仿真结果
        3.5.2 实验结果
    3.6 本章小结
第四章 板球系统的反演自适应动态滑模控制
    4.1 引言
    4.2 滑模控制算法
        4.2.1 滑模控制的基本原理
        4.2.2 滑模控制的抖振问题
    4.3 反演控制
        4.3.1 反演法概述
        4.3.2 反演法基本思想
        4.3.3 基于反演法的控制器设计
    4.4 基于板球系统的反演滑模控制
        4.4.1 控制器设计
        4.4.2 实验仿真及分析
    4.5 本章小结
第五章 基于干扰观测器的板球系统非奇异终端滑模控制研究
    5.1 引言
    5.2 基于板球系统的非线性干扰观测器设计
        5.2.1 干扰观测器理论
        5.2.2 非线性干扰观测器设计
    5.3 基于板球系统非奇异终端滑模控器设计
        5.3.1 终端滑模理论
        5.3.2 基于干扰观测器的板球系统非奇异终端滑模控制
        5.3.3 非奇异终端滑模控制器设计
        5.3.4 稳定性分析
    5.4 仿真及分析
        5.4.1 仿真结果
        5.4.2 仿真结果分析
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 论文总结
    6.2 论文展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文
攻读硕士学位期间参加的科研项目



本文编号：3864189