双积分系统的鲁棒控制及在球-杆系统中的应用研究

摘要

本文研究双积分系统的控制问题。为提高系统的控制性能及鲁棒性,采用鲁棒控制方法。论文研究了鲁棒H∞控制设计中的加权函数的选取原则,设计了双积分系统的鲁棒控制器。作为应用案例,本文对球-杆系统实施了鲁棒控制,实验结果表明,文中给出的控制方案是有效可行的。论文的工作具体如下:
　　 (1)对双积分系统进行鲁棒控制研究,重点分析鲁棒H∞控制中加权函数的选择原则,给出了加权函数的选取公式。采用双线性变换解决双积分系统因存在两个位于虚轴的极点而无法直接进行计算的问题。
　　 (2)在matlab平台上,基于上述的设计原则,实现了双积分系统的鲁棒控制器设计及控制仿真。
　　 (3)分析了球-杆系统的组成,从能量的角度分析了直流电机,并用功率键合图法建立直流电机的数学模型。对电机的输出转角进行了PID控制研究。
　　 (4)采用拉格朗日微分方程方法,从能量的角度分析了球-杆系统的运动机构,建立其机械部分的数学模型。对其非线性模型进行线性化处理,得到了球-杆系统的双积分模型。
　　 (5)对球-杆系统的控制进行了实验研究,实验以PC机、球-杆机构为控制系统的硬件平台,以matlab/simulink为控制系统的软件平台。实验及仿真结果进行了分析对比,其结果显示,建立的模型与实际模型吻合,球-杆系统的鲁棒控制器设计正确、有效,系统控制性能良好。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景以及研究意义

1.1.1 双积分系统

1.1.2 课题的研究背景以及研究意义

1.2 国内外研究状况

1.2.1 双积分系统的研究现状

1.2.2 鲁棒控制的研究现状

1.2.3 球-杆系统的研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 双积分系统的鲁棒控制

2.1 问题的提出

2.2 鲁棒H∞控制方法

2.2.1 H∞问题求解

2.2.2 加权函数选取原则

2.3 双积分系统的鲁棒控制

2.3.1 双线性变换

2.3.2 鲁棒控制器设计与仿真

本章小结

第三章 球-杆系统的建模

3.1 系统简介

3.2 球-杆系统电机建模

3.3 球-杆系统的机械部分建模

3.4 球-杆系统整体模型

本章小结

第四章 球-杆系统的控制仿真

4.1 球-杆系统的整体控制

4.2 电机的PID控制

4.3 球-杆系统的鲁棒控制

4.3.1 参数选取

4.3.2 鲁棒控制仿真

4.3.3 仿真结果

本章小结

第五章 球-杆系统的控制实验研究

5.1 控制系统的实验装置

5.2 实验方案

5.3 实验结果

5.3.1 鲁棒控制实验结果

5.3.2 PID控制实验结果

5.4 实验结果分析

本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

附录

附录A 双积分系统的鲁棒控制器设计

附录B 电机PID参数计算

附录C 球-杆系统鲁棒控制器设计

致谢

攻读学位期间主要研究成果

第一篇 小论文EI检索

第二篇 小论文录用通知书