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《基于自抗擾的板球系統(tǒng)控制研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、基于自抗擾的板球系統(tǒng)控制研究董振曄2016年1月中圖分類號：TP273UDC分類號：621.3基于自抗擾的板球系統(tǒng)控制研究作者姓名董振曄學(xué)院名稱自動化學(xué)院指導(dǎo)教師蔡濤副研究員答辯委員會主席鄭萬煦研究員申請學(xué)位工學(xué)碩士學(xué)科專業(yè)控制科學(xué)與工程學(xué)位授予單位北京理工大學(xué)論文答辯日期2016年1月TheResearchoftheControlSystemoftheBallandPlateSystemUsingActiveDisturbanceRejectionControlCandidateName：ZhenyeDongSchoolorDepartment:AutomationFacu
2、ltyMentor:TaoCaiChair,ThesisCommittee：WanxuZhengDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：ControlScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Janurary,2016研究成果聲明本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是我本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作獲得的研究成果。盡我所知，文中除特別標(biāo)注和致謝的地方外，學(xué)位論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京理工大學(xué)或其
3、它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料。與我一同工作的合作者對此研究工作所做的任何貢獻(xiàn)均已在學(xué)位論文中作了明確的說明并表示了謝意。特此申明。簽名：日期：摘要板球系統(tǒng)由二維的板和在板上滾動的小球組成，小球在重力的作用下在板上滾動。本文針對搭建的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)板球系統(tǒng)進(jìn)行分析，開展了基于自抗擾的板球系統(tǒng)的控制研究，并通過仿真和實(shí)物驗(yàn)證了控制算法的有效性。首先對小球在板上的運(yùn)動過程進(jìn)行了分析，明確了小球在板上滾動的條件，并建立了小球在板上滾動的數(shù)學(xué)模型。本論文所研究板球系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由三臺直線電機(jī)構(gòu)成的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。本文針對三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的耦合，運(yùn)用幾何關(guān)系解耦，確定了動平
4、臺上板的姿態(tài)與直線電機(jī)伸長量之間的關(guān)系，由此設(shè)計(jì)了通過控制直線電機(jī)控制板的姿態(tài)，進(jìn)而控制小球的運(yùn)動的方案。之后對電機(jī)及驅(qū)動器模型進(jìn)行分析和辨識，并進(jìn)一步建立了板球系統(tǒng)的整體模型。然后對板球系統(tǒng)中存在的不確定性擾動、板與球間的摩擦力以及向心力項(xiàng)和耦合項(xiàng)進(jìn)行了分析，并設(shè)計(jì)了擴(kuò)張狀態(tài)觀測器將其作為總擾動的一部分進(jìn)行估計(jì)和補(bǔ)償，用自抗擾控制器實(shí)現(xiàn)小球的軌跡跟蹤，并進(jìn)行了仿真。之后針對采集小球的位置坐標(biāo)存在的量測噪聲，設(shè)計(jì)一階低通濾波器，并針對原系統(tǒng)和一階低通濾波器構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)了含一階慣性環(huán)節(jié)的擴(kuò)張狀態(tài)觀測器；并對含一階慣性環(huán)節(jié)的擴(kuò)張狀態(tài)觀測器進(jìn)行了頻域分析。為了使板的角度在較小
5、的范圍內(nèi)變化，將控制量引入性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)了線性二次型最優(yōu)控制器；結(jié)合自抗擾控制器可知，帶加速度前饋的自抗擾控制器也是線性二次型最優(yōu)控制器的一種形式。并對板球系統(tǒng)的定點(diǎn)控制和軌跡跟蹤控制進(jìn)行了仿真。最后完成實(shí)驗(yàn)平臺的搭建、調(diào)試和控制軟件的編寫，并進(jìn)行定點(diǎn)實(shí)驗(yàn)和軌跡跟蹤實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了控制算法。針對實(shí)驗(yàn)中觀測器出現(xiàn)的Peaking現(xiàn)象，進(jìn)行了理論分析，提出了將擴(kuò)張狀態(tài)觀測器初始化使其初始狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)盡量一致的方案，克服了嚴(yán)重的Peaking現(xiàn)象，使控制精度達(dá)到了較高的水平。關(guān)鍵詞：板球系統(tǒng)；非線性；摩擦力；自抗擾；線性二次最優(yōu)控制；Peaking現(xiàn)象IAbstractTheball
6、andplatesystemisconstitutedbyatwo-dimensionalplateandaballrollingonit.Theballrollsontheplatebecauseofthegravity.ThispaperfocusesontheBallandPlateSystembasedonthe3-DOFparallelmechanismbuiltinourlaboratoryandanalysisit.Anddosomeresearchontheactivedisturbancerejectioncontrol.Whatismore,somesim
7、ulationsandexperimentsaredonetovalidatethecontroller.First,themovementoftheballontheplateandtherequirementoftheballmovingontheplateareanalyzed.Themodelofthemovementoftheballontheplateisbuilt.Theactuatoroftheballandplatesystemstudiedinthispaperisthe3-DOFp
