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空气球系统建模与PID控制
作 者: 王勋宝
导 师: 石红瑞
学 校: 东华大学
专 业: 检测技术与自动化装置
关键词: 空气球系统 机理建模 最小二乘辨识 PID控制 模糊PID控制
分类号: TP273
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 39次
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内容摘要
空气球控制系统由贝加莱工业自动化公司提供,具有非线性、多扰动的特点。本文重点研究空气球控制系统的建模和PID控制算法,以满足系统对快速及精确定位的要求。由系统的复杂性,将系统分成二个模块进行建模。机理建模法和复杂部分的最小二乘法系统辨识方法,建立空气球数学模型。运用Matlab中Simulink对模型进行仿真,仿真结果与实验结果进行比较表明了建模结果的准确性。同时根据不同的输入数据进行辨识,辨识结果表明系统具有非线性和复杂性。设计空气球控制系统方案,研究了MATLAB软件中非线性控制设计(Nonlinear Control Design, NCD)模块优化PID参数和模糊PID控制算法,设计常规PID控制器和模糊PID控制器。仿真结果表明,PID算法实现较为简单,但调节时间较长,抗扰性一般,当设定高度发生变化时系统进入新的稳态过程中参数自整定耗时长;模糊控制算法虽占用系统资源大,但系统超调量和调节时间性能较好,能够达到很好的控制效果。将PID控制和模糊PID控制用于实际空气球的控制,实验结果表明,模糊PID控制方法超调量小,控制精度高,控制效果明显好于常规PID控制。跟踪性、抗扰性和鲁棒性均很理想。
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全文目录
摘要 5-6 ABSTRACT 6-8 第一章 概述 8-20 1.1 课题来源及其意义 8 1.2 运动控制研究概况 8-10 1.3 系统建模方法概述 10-15 1.3.1 机理建模法 11 1.3.2 系统辨识建模法 11-15 1.4 模糊PID控制的发展历程 15-18 1.5 本文的主要研究工作 18-20 第二章 空气球控制系统建模 20-37 2.1 空气球实验装置简介 20-23 2.2 系统建模分析 23 2.3 系统电机模型 23-26 2.4 系统复杂模块建模 26-31 2.5 超声波传感器模型 31-33 2.6 建模仿真与实验结果 33-37 第三章 控制算法研究 37-53 3.1 PID控制算法 37-40 3.2 NCD优化PID参数 40-42 3.3 模糊控制算法原理 42-47 3.4 空气球模糊PID控制器设计 47-53 第四章 仿真研究 53-63 4.1 仿真软件介绍 53-54 4.2 NCD优化PID控制 54-58 4.3 模糊PID控制仿真 58-63 4.3.1 模糊控制器的设置 58-60 4.3.2 模糊控制仿真结果 60-63 第五章 实验结果 63-66 5.1 PID控制器实验 63-64 5.2 模糊PID控制器实验 64-66 第六章 结论与展望 66-67 参考文献 67-70 攻读研究生期间发表论文 70-71 致谢 71
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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