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测试转台的自适应逆控制

作　者: 杨彦霞
导　师: 王茂
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 测试转台 LMS算法 自适应建模 自适应逆控制 变步长
分类号: TP273.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


在现代控制理论中,自适应逆控制是一种新颖的控制方法。它可以在消除对象扰动的同时不改变对象的动态特性,这就使动态特性的控制和对象扰动的消除成为两个单独的过程。本文研究了采用自适应逆控制来实现转台跟随系统控制器的设计方法。本文首先论述自适应逆控制的基本理论知识,并对自适应LMS滤波器的结构进行了研究。通过基于转台的解析数学模型仿真试验证明了在转台的对象模型、逆对象模型以及消除扰动器的自适应建模过程中,采用自适应LMS滤波算法可以保证建模的稳定性和收敛精度。其次将基于ε-滤波LMS算法结构和扰动消除器的自适应逆控制集成应用到转台系统中。仿真结果表明这种控制结构在跟踪输入指令的同时能有效地抑制对象的扰动,与传统的PID控制器的控制效果相比较,该方法在抑制力矩不平衡的情况下具有更高的跟踪精度。在转台扰动消除器的自适应建模中,为了能让系统可以抑制所有的扰动,所需要的理想建模信号就必须与转台对象实际受到的干扰噪声具有相同的统计特性,而这在实际中是很难实现的。为了解决这一问题,本文提出了基于PI反馈控制器的自适应逆控制方法并对其进行了仿真研究,结果表明该方法对抑制力矩干扰和前向通道的未知干扰是有效的。传统的自适应逆控制中采用的LMS算法是固定步长的,这种算法的缺点就是收敛速度慢,倘若为了加快收敛速度而增大步长因子则会导致大的稳态误差。为了解决收敛速度和稳态误差之间的矛盾,提出了基于变步长的LMS自适应算法,仿真结果证实了采用该方法可以提高转台的跟踪速度和精度。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 测试转台的发展概况及研究目的  9-12
    1.1.1 课题背景  9-10
    1.1.2 转台的发展状况  10-12
    1.1.3 转台控制系统存在的主要问题  12
  1.2 自适应逆控制理论及其发展应用  12-15
    1.2.1 自适应逆控制系统的概述  13-14
    1.2.2 自适应逆控制系统的应用  14-15
  1.3 本文的主要研究内容  15-16
第2章 自适应逆控制基本理论  16-27
  2.1 引言  16
  2.2 线性自适应算法  16-22
    2.2.1 Wiener算法  17-18
    2.2.2 自适应LMS滤波器  18-21
    2.2.3 RLS自适应算法  21-22
  2.3 自适应系统建模  22-23
    2.3.1 模型匹配问题  22
    2.3.2 利用抖动来进行建模  22-23
  2.4 自适应逆系统建模  23-26
    2.4.1 对象本身的逆  23-24
    2.4.2 非最小相位对象逆  24
    2.4.3 模型参考的逆  24-25
    2.4.4 有扰动对象的建模  25-26
  2.5 本章小结  26-27
第3章 测试转台自适应建模及其仿真  27-43
  3.1 引言  27
  3.2 转台的对象建模分析  27-31
  3.3 转台的自适应建模  31-36
    3.3.1 基于LMS算法的转台自适应建模  31-33
    3.3.2 建模抖动信号的选用  33
    3.3.3 自适应建模仿真研究  33-36
  3.4 转台系统的自适应逆建模  36-39
    3.4.1 基于LMS算法的转台系统的自适应逆建模  36-38
    3.4.2 自适应逆建模仿真研究  38-39
  3.5 转台系统的扰动消除建模  39-42
    3.5.1 基于LMS算法的扰动消除器自适应建模  39-40
    3.5.2 扰动消除器的仿真研究  40-42
  3.6 本章小结  42-43
第4章 测试转台的自适应逆控制  43-52
  4.1 引言  43
  4.2 自适应逆控制结构  43-46
    4.2.1 x-滤波自适应逆控制结构  44-45
    4.2.2 ε-滤波自适应逆控制结构  45-46
  4.3 基于ε-滤波LMS算法的测试转台自适应逆控制  46-51
    4.3.1 测试转台的自适应逆控制系统集成  46-48
    4.3.2 测试转台的集成仿真  48-50
    4.3.3 自适应逆控制与PID控制仿真比较  50-51
  4.4 本章小结  51-52
第5章 改进的测试转台自适应逆控制  52-65
  5.1 引言  52
  5.2 带PI反馈控制器的转台自适应逆控制  52-61
    5.2.1 基于PI反馈控制器的控制器设计  52-57
    5.2.2 仿真研究  57-61
  5.3 基于变步长LMS算法的转台自适应逆控制  61-64
    5.3.1 变步长算法  61
    5.3.2 基于变步长LMS的控制器设计  61-62
    5.3.3 仿真研究  62-64
  5.4 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-70
致谢  70

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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
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