板球系统的模糊自适应控制

论文摘要

本文的研究是以模糊自适应控制为理论基础,将板球系统作为控制对象,控制的目标是控制小球能够跟踪预先设定的轨迹。板球系统是经典控制对象球棒系统的二维扩展,是控制理论研究的典型实验平台,可以用于检验控制算法。论文的主要工作如下：(1)应用拉格朗日方程,在忽略各种干扰因素的条件下,对板球系统进行数学建模,并对其进行了化简,得到了简化模型,并证明了系统的可控性。选择更能够全面反映系统各项参数的角加速度模型作为控制对象。(2)详细介绍模糊自适应控制器的设计方法,针对板球系统这个多输入多输出系统,将其模型进行变换,表达成标准形式,然后将模糊自适应控制方法应用到板球系统的控制器设计中。(3)根据各种控制方法的原理,确定各个参数的选取原则和方法,使控制效果达到最好。分别采用PID控制、LQR控制和模糊自适应控制,对板球系统进行控制,调节参数,观察仿真效果,将控制效果进行比较。为了使仿真结果更加能够反映实际情况,分别在零初始条件和相同的非零初始条件下,对系统进行了仿真验证。仿真结果表明：这种模糊自适应控制器对板球系统的控制达到了比较理想的效果。通过信号响应和控制量对比观察看到,采用模糊自适应的方法对板球系统进行控制,效果得到了改进,跟踪信号和控制量方面都得到了比较理想的控制效果。因此模糊自适应控制方法对板球系统的控制效果是最好的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文的研究背景和意义
• 1.2 板球系统的研究现状
• 1.3 论文的主要研究内容
• 2 板球系统建模及定性分析
• 2.1 拉格朗日方程及其特点
• 2.2 板球系统的数学模型
• 2.3 板球系统的简化模型
• 2.3.1 角度控制量模型
• 2.3.2 角加速度控制量模型
• 2.4 本章小结
• 3 板球系统控制理论介绍
• 3.1 PID控制
• 3.1.1 位置式PID控制算法
• 3.1.2 增量式PID控制算法
• 3.2 LQR控制
• 3.2.1 LQR控制方法概述
• 3.2.2 LQR控制器设计
• 3.3 模糊控制
• 3.3.1 模糊控制器组成
• 3.3.2 模糊控制器设计步骤
• 3.3.3 模糊控制器分类
• 3.3.4 模糊控制的发展方向
• 3.4 模糊自适应控制
• 3.4.1 自适应控制概述
• 3.4.2 模糊自适应控制
• 3.4.3 间接模糊自适应控制问题描述
• 3.4.4 控制器设计
• 3.4.5 多输入多输出控制器设计
• 3.5 本章小结
• 4 板球系统的simulink仿真实现
• 4.1 板球系统的非线性仿真模型
• 4.2 PID控制器设计
• 4.3 LQR控制器设计
• 4.4 模糊自适应控制器设计
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 系统建模中各参数意义
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢