球桿控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計.pdf

1、球桿系統(tǒng)是研究控制理論最為經(jīng)典的實驗設(shè)備之一。它結(jié)構(gòu)簡單、安全，而且涵蓋許多經(jīng)典和現(xiàn)代控制對象的特性，具有非線性不穩(wěn)定系統(tǒng)所具有的重要動態(tài)特性，可以直觀的反映控制器的控制效果。球桿系統(tǒng)可以用于實現(xiàn)各種已有的控制理論和方法，也可以作為新的理論和控制方法的檢測工具。因此球桿系統(tǒng)作為一個經(jīng)典的控制對象被廣泛應(yīng)用于控制理論的研究中。
　　首先，分析球桿系統(tǒng)的工作原理和基本構(gòu)成，建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，并對數(shù)學模型在平衡點附近進行線性化處理，得

2、到系統(tǒng)的線性模型。然后在MATLAB/SIMULINK環(huán)境下構(gòu)建系統(tǒng)的仿真模型，通過對開環(huán)階躍響應(yīng)曲線的分析可知，球桿系統(tǒng)是一個不穩(wěn)定系統(tǒng)。
　　其次，對球桿系統(tǒng)進行傳統(tǒng)PID控制器設(shè)計及仿真，并分析控制器的控制品質(zhì)及優(yōu)缺點;運用模糊控制理論，對球桿系統(tǒng)進行常規(guī)模糊控制器的設(shè)計與仿真，并分析其控制性能及優(yōu)缺點;針對常規(guī)模糊控制器中量化因子、比例因子和參數(shù)固定不變的缺點，分別設(shè)計帶修正因子的模糊控制器和參數(shù)自調(diào)整模糊控制器，通過與常

3、規(guī)模糊控制器仿真結(jié)果的比較可知，這兩種控制器在動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能方面都有所改善。針對模糊控制系統(tǒng)的不足，將模糊控制與PID控制結(jié)合進行歸一型模糊PID控制器的設(shè)計，通過MATLAT仿真研究及與上述設(shè)計的控制器比較可知，歸一型模糊PID控制器不但控制精度高，無穩(wěn)態(tài)偏差，而且具有較好的動態(tài)性能，對球桿系統(tǒng)具有很好的控制效果。
　　然后，分析球桿系統(tǒng)中存在的噪聲干擾情況，對球桿系統(tǒng)進行基于卡爾曼濾波的PID控制器、常規(guī)模糊控制器、帶修正