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球—杆系统自校正控制研究及其测控设备的USB驱动程序开发

作　者: 匡洋
导　师: 王恒升
学　校: 中南大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 球-杆系统 USB驱动程序 自校正控制 最小二乘参数估计
分类号: TP273.24
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 63次
引　用: 3次
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内容摘要


本文旨在将球-杆系统与计算机的通信方式由RS/232接口改为USB接口,以期望通过利用USB接口优越性,改善球-杆系统的测控性能,从而提高球-杆系统的研究平台,并在此基础之上,研究对球-杆系统对象自校正控制的设计与实现。本文在这些方面具体做了以下工作：1.研究了球-杆机构及其驱动电机的数学模型,采用带零阶保持器的Z变换对连续数学模型进行离散化,得到适合于自校正控制的离散数学模型。2.根据球-杆系统的离散数学模型,为球-杆系统设计了自校正控制器。本文为球-杆系统设计了极点配置器和广义最小方差控制器,分析了球-杆系统闭环可辨识性,采最小二乘参数估计法,为球-杆系统设计参数估计器,以实时估计球-杆系统的参数。3.在LabVIEW平台上完成了球-杆系统自校正控制的仿真和试验,对仿真和试验结果进行了深入分析。仿真和试验结果显示,球-杆系统自校正控制器设计正确,控制性能良好。4.研究了极点配置控制器的稳态性能,分析得出极点配置控制器在稳态时相当于P控制器的结论。5.本文的试验研究在自行开发的基于USB的球-杆测控系统上进行,为此,本文开发了USB测控设备的Windows驱动程序,并对驱动程序的运行过程进行了跟踪监测,以验证驱动程序运行的正确性和稳定性。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 绪论  9-19
  1.1 研究背景及研究意义  9-12
    1.1.1 球-杆系统  9
    1.1.2 课题的研究背景  9-10
    1.1.3 课题的研究意义  10-12
  1.2 球-杆系统控制的研究现状  12-15
    1.2.1 PID控制  12-14
    1.2.2 自适应控制  14-15
    1.2.3 其它控制方法  15
  1.3 自校正控制的研究现状  15-16
  1.4 USB接口技术的研究现状  16-18
  1.5 本文研究的主要内容  18-19
第二章 球-杆系统的线性控制模型  19-25
  2.1 球-杆系统数学模型的构成  19-20
  2.2 直流伺服电机的线性控制模型  20-22
    2.2.1 直流伺服电机的连续模型  20-21
    2.2.2 直流伺服电机连续模型的离散化  21-22
  2.3 球-机构杆的线性控制模型  22-23
    2.3.1 球-机构杆的连续模型  22-23
    2.3.2 球-机构杆连续模型的离散化  23
  2.4 球-杆系统控制方案  23-24
  2.5 本章小结  24-25
第三章 球-杆系统自校正控制器设计  25-37
  3.1 自校正控制概述  25-27
    3.1.1 自校正控制系统原理  25-26
    3.1.2 分离原理和确定性等价原理  26
    3.1.3 被控对象的数学模型  26-27
  3.2 自校正控制器设计理论  27-33
    3.2.1 极点配置自校正控制器  28-29
    3.2.2 广义最小方差自校正控制器  29-32
    3.2.3 系统闭环极点的确定  32-33
  3.3 伺服电机自校正控制器设计  33-35
    3.3.1 极点配置控制器  33-34
    3.3.2 广义最小方差控制器  34-35
  3.4 球-机构杆自校正控制器设计  35-36
  3.5 本章小结  36-37
第四章 球-杆系统实时参数估计算法设计  37-43
  4.1 参数估计的一般概念  37
  4.2 最小二乘参数估计法  37-40
    4.2.1 最小二乘参数估计及其递推算法  38-39
    4.2.2 带遗忘因子的最小二乘法  39-40
  4.3 闭环系统可辨识条件  40-41
  4.4 球-杆系统参数的最小二乘估计  41-42
    4.4.1 伺服电机模型参数估计  41
    4.4.2 球-机构杆参数估计  41-42
  4.5 本章小结  42-43
第五章 球-杆系统自校正控制仿真与试验研究  43-67
  5.1 球-杆系统控制仿真  43-52
    5.1.1 球-杆系统对象的数字仿真模型  43-44
    5.1.2 直流伺服电机转角控制仿真  44-49
    5.1.3 小球位置控制仿真  49-52
  5.2 球-杆系统控制试验  52-61
    5.2.1 球-杆系统试验装置  52
    5.2.2 直流伺服电机转角控制试验  52-57
    5.2.3 小球位置控制试验  57-61
  5.3 极点配置控制器稳态性能研究  61-65
    5.3.1 问题的提出  61-62
    5.3.2 极点配置控制器稳态性能分析  62-64
    5.3.3 极点配置控制的一种改进方案  64-65
  5.4 本章小结  65-67
第六章 球-杆系统测控设备的USB驱动程序开发  67-91
  6.1 USB系统的软件结构  67-69
  6.2 WDM驱动程序  69-73
    6.2.1 Windows操作系统的基本架构  69-70
    6.2.2 WDM驱动模型  70-71
    6.2.3 WDM驱动程序的构成  71-73
  6.3 球-杆系统测控设备分析  73-76
    6.3.1 球-杆系统测控设备硬件描述符分析  73-74
    6.3.2 USB HID类设备驱动程序分析  74-76
  6.4 球-杆系统测控设备驱动程序设计  76-84
    6.4.1 入口例程  76-77
    6.4.2 即插即用例程  77-81
    6.4.3 派遣例程  81-83
    6.4.4 电源管理例程和卸载例程  83-84
  6.5 INF文件的编写  84-85
    6.5.1 Version  84
    6.5.2 Manufacturer、Models和DefaultInstall  84-85
    6.5.3 Strings  85
  6.6 驱动程序的安装与测试  85-89
    6.6.1 球-杆系统测控设备驱动程序的安装  86-87
    6.6.2 设备驱动程序栈和设备对象栈的验证  87
    6.6.3 IRP处理过程的跟踪  87-89
  6.7 本章小结  89-91
第七章 总结与展望  91-93
参考文献  93-98
附录  98-104
  附录1 基于USB的球-杆测控设备的描述符  98-101
  附录2 INF文件  101-104
致谢  104-105
攻读学位期间主要研究成果  105

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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 > 自适应（自整定）控制、自适应控制（自整定）系统 > 自整定系统
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