文档介绍：重庆大学
硕士学位论文
MATLAB环境下直线单级倒立摆系统实时控制实验的研究与设计
姓名:刘时鹏
申请学位级别:硕士
专业:模式识别与智能系统
指导教师:陈今润
20040508
要摘倒立摆系统是非线形、强耦合、多变量和自然不稳定的系统。在控制过程中,题,是检验各种控制理论的理想模型。由于倒立摆实物系统本身具有的复杂性和对实时性的高要求,为实现控制要求需要付出庞大的开发量,针对学生开设有效仿真技术是现阶段满足这一需要的合理方法,对倒立摆控制策略的研究乃至于推广到其他实验设备的开发具有重大的现实意义。实时工具箱构建一个实时控制平台的方案,将生成的仿真模型下载到目碌セ秃退ɑ土街帜J降南低辰峁梗地使用该实验平台提供了一条途径,具有一定的推广价值。本文针对高年级本科生设计了一系列直线单级倒立摆控制实验,包括对象数学模型的建立、经典控制理论和现代控制理论等自动控制原理的知识。实验将离绕开了繁琐的程序设计,让实验者集中精力于控制器结构的设计和参数整定,并且能够利用数据存储的功能观察系统的历史趋势曲线,对控制过程进行分析,调整相应的控制参数。本文通过倒立摆的实时控制实验验证了该方案的可行性,并分析了造成离线数学仿真和实时控制效果之间差异的原因。此外,该平台在水箱液位控制系统中的成功应用,从一个侧面说明了该实验平台的可组合性和通用性。回路仿真技术在高校实验室可持续建设中具有的重要作用,为今后的实验开发以及理论研究提供了一个事半功倍的工具。关键词:倒立摆,硬件在回路仿真,,实时内核它能有效地反映诸如可镇定性、鲁棒性、随动性以及跟踪等许多控制中的关键问的实验课程更是难上加难,迫切需要更新实验体系。基于的硬件在回路本文通过对硬件在回路仿真技术原理及应用的研究,提出了利用实现对直线单级倒立摆实时控制的构想。经过分析比较,确定了利用标实时内核中运行,驱动外部硬件设备,实现对倒立摆的控制。本文详细分析了实时内核环境中开发第三方设备驱动程序的方法,为用户灵活线数学仿真和在线实时控制结合起来,将模型框图作为系统控制前台,最后,论文对优化该平台性能,丰富该平台功能作出了展望,指出了硬件在绍了在中文摘要
重庆大学硕士学位论文Ⅱ
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重庆大学硕士学位论文,,,.:痭,瑃琣./
、强耦合、多变量和自然不稳定的系统。在控制过程中,题,是检验各种控制理论的理想模型。迄今人们已经利用经典控制理论、现代控倒立摆实物模型,用于本科生的教学实验以及研究生的课题研究。由于倒立摆系统本身的复杂性,控制系统的开发通常需要涉及到几个工作组,如算法设计组学仿真⑷砑7⒆椤⒂布迪肿楹筒馐宰榈龋扛鼋锥问褂玫墓ぞ咭膊痪∠嗤造成开发和调试的工作量十分庞大,周期很长。由于这几个工作阶段的独立性,实验者很难深入参与到实验设计过程中,实验效果并不理想。这种系统开发方式与现代的产品开发手段严重脱节,高校落后的实验体系越来越难以满足开展现代化实验的要求,迫切需要更新实验系统。本文基于近年来硬件在回路实时仿真技术在航天及军事上的成功应用,提出了利用技术构建一个倒立摆控制系统硬件在回路仿真实验平台的构想,希望直接将生成的仿真模型下载到目标实时内核中运行,驱动外部硬件设备,在线调整参数,让系统开发者和实验者能够自由地往返于各个工作阶段,螺旋式地完本文论证了该方案的可行性,实现了在该平台直线单级倒立摆系统的控制,并在该平台上设计了一系列实验,进而将该方案推广到各类控制系统实验的开发倒立摆的控制方法在军工、航天、机器人领域和一般工业过程中都有着广泛的用途,如机器人行走过程中的平衡控制、火箭发射中的垂直度控制和卫星飞行中的姿态控制等均涉及到倒置问题¨“,因此对倒立摆系统的研究在理论和方法论由于倒立摆系统的控制策略和杂技运动员顶杆平衡表演的技巧有异曲同工之处,极富趣味性,而且许多抽象的控制理论概念如系统的稳定性、可控性和系统的抗干扰能力等等,都可以通过倒立摆系统实验直观的表现出来,因此在欧美发达国家的高等院校,它已经成为必备的控制理论教学实验设备。学习自动控制理它能有效地反映诸如可镇定性、鲁棒性、随动性以及跟踪等许多控制中的关键问制理论以及各种智能控制理论实现了多种倒立摆系统的控制稳定⋯。正是由于倒立摆系统在控制理论研究中的典型地位,国内许多大学都配置了成开发和实验。工作中。上均有着深远的意义。
国内外研究现状①避免建模困难——对于很难建立准确的数学模型的对象,由于硬件在回②提高开发效率——统一的开发及测试环境可以将开发的周期大大缩短,③软件构成的闭环测试——是有效地评价系统性能的重要方法。论的学生通过倒立摆系统实验来验证所学的控制理论和算法,非常的直观、简便,