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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
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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。

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

空气球系统建模与PID控制

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