智能控制及应用课程设计报告.doc-资料库

bestai-3449804-4744300845235258241.doc.pdf-第1页.png

第1页 / 共24页

bestai-3449804-4744300845235258241.doc.pdf-第2页.png

第2页 / 共24页

bestai-3449804-4744300845235258241.doc.pdf-第3页.png

第3页 / 共24页

bestai-3449804-4744300845235258241.doc.pdf-第4页.png

第4页 / 共24页

bestai-3449804-4744300845235258241.doc.pdf-第5页.png

第5页 / 共24页

bestai-3449804-4744300845235258241.doc.pdf-第6页.png

第6页 / 共24页

bestai-3449804-4744300845235258241.doc.pdf-第7页.png

第7页 / 共24页

bestai-3449804-4744300845235258241.doc.pdf-第8页.png

第8页 / 共24页

北京科技大学 University of Science & Technology Beijing 《智能控制及其应用》课程设计报告题目：基于模糊 PID 技术的磁悬浮控制系统设计研究专业：智能科学与技术姓名：学号：班级：组别：臧宝龙 40850238 智能 08 第三小组北京科技大学自动化学院 2011 年 6 月 12 日

《智能控制及其应用》课程设计报告目录引言........................ 1 1 磁悬浮系统介绍..........................................................................................................2 1.1 系统组成........................................................................................................... 2 1.2 系统简介........................................................................................................... 2 1.3 磁悬浮系统的特性............................................................................................ 3 1.4 控制器的设计....................................................................................................4 2 数字 PID 控制的磁悬浮实验...................................................................................... 4 2.1 原理及内容........................................................................................................4 2.2 结果及现象........................................................................................................5 3 模糊 PID 控制的磁悬浮实验...................................................................................... 9 3.1 原理及内容........................................................................................................9 3.1.1 原理....................................................................................................... 9 3.1.1.1 模糊 PID 控制器..............................................................................10 3.1.1.2 模糊 PID 控制器的结构.................................................................. 11 3.1.1.3 模糊 PID 的实现..............................................................................11 3.1.2 内容.....................................................................................................15 3.2 结果及现象.....................................................................................................16 结论..............................................................................................................................18 - 1 -

《智能控制及其应用》课程设计报告引言《智能控制及其应用》这门课程是一门知识综合性很强的课程，在学习完本课程的相关智能控制理论知识后，很有必要将所学知识融入实际的应用，以加深学生对本课程相关知识的理解和认识。通过本次磁悬浮控制系统的实验，加深对 PID 控制以及模糊 PID 控制的理解和认识，从实验中感觉 PID 控制的三个参数对控制过程的影响，为在智能控制方面的进一步学习和研究奠定相当好的基础。实验之前，阅读磁悬浮实验装置安装使用说明，了解磁悬浮实验装置，熟悉实验装置的原理，初步对可能造成误差的来源进行了解。试验中，利用试凑法得到正确的 PID 参数，并设计一个模糊控制算法使计算机能自动得到 PID 的三个参数。 - 1 -

《智能控制及其应用》课程设计报告 1 磁悬浮系统介绍 1.1 系统组成磁悬浮实验装置主要由 LED 光源、电磁铁、光电位置传感器、电源、放大及补偿装置、数据采集卡和控制对象（钢球）等元件组成。它是一个典型的吸浮式悬浮系统，系统组成框图见下图。 1.2 系统简介图 1 系统组成结构图磁悬浮球控制系统是研究磁悬浮技术的平台，它是一个典型的吸浮式悬浮系统。系统结构图如下图。 - 2 -

《智能控制及其应用》课程设计报告图 2 磁悬浮实验系统结构图电磁铁绕组中通以一定的电流会产生电磁力 F,只要控制电磁铁绕组中的电流，使之产生的电磁力与钢球的重力 mg 相平衡，钢球就可以悬浮在空中而处于平衡状态。为了得到一个稳定的平衡系统，必须实现闭环控制，使整个系统稳定具有一定的抗干扰能力。本系统中采用光源和光电位置传感器组成的无接触测量装置检测钢球与电磁铁之间的距离 x 的变化，为了提高控制的效果，还可以检测距离变化的速率。电磁铁中控制电流的大小作为磁悬浮控制对象的输入量。 1.3 磁悬浮系统的特性虽然磁悬浮的应用领域繁多，系统形式和结构各不相同，但究其本质都共同具有以下特性： 1.本质非线性磁悬浮是一个典型的非线性复杂系统。实际中可以通过线性化得到系统的近似模型，线性化处理后再进行控制，也可以利用非线性控制理论对其进行控制。 2．不确定性主要是模型误差以及电磁干扰，各种外界因素等，实际控制中一般通过减少各种误差，如通过采用遮光罩和增强背景光等措施来减少干扰误差，利用风扇来降低电磁铁温升等不确定因素。 - 3 -

《智能控制及其应用》课程设计报告 3．开环不稳定性磁悬浮系统的稳定状态只有一个，即当电磁力与所悬浮对象的重力平衡时，但这种状态是建立在系统为闭环的情况下。我们知道若系统处于开环状态下，只要有轻微的干扰即可破坏平衡状态。磁悬浮的以上特性增加了其控制的难度，也正是由于磁悬浮的这些特性，使其更加具有研究价值和意义。 1.4 控制器的设计控制器的设计是磁悬浮系统的核心内容，因为磁悬浮系统是一个绝对不稳定的系统，为使其保持稳定并且可以承受一定的干扰，需要给系统设计控制器。目前典型的控制器设计理论有：PID 控制、根轨迹法以及频率响应法、状态空间法、最优控制理论、模糊控制理论、神经网络控制、拟人智能控制、鲁棒控制、自适应控制，以及这些控制理论的相互结合组成更加强大的控制算法，都可以在磁悬浮平台上很方便地进行试验。 2 数字 PID 控制的磁悬浮实验 2.1 实验原理及实验内容 1.比例作用比例作用的引入是为了及时成比例地反应控制系统的偏差信号 e(t)，以最快的速度产生控制作用，使偏差向减小的方向变化。 2.积分作用积分作用的引入主要是为了保证实际输出值 y(t)在稳态是对设定值 ysp (t)的无静差跟踪，即主要用于消除系统静差，提高系统误差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数 T i，T i 越大，积分作用越弱，反之则越强。 3.微分作用微分作用的引入，主要是为了改善闭环系统的稳定性和动态响应速度，反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变化太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度。经典控制理论的研究对象主要是单输入单输出的系统，控制器设计时一般不需要有 - 4 -

《智能控制及其应用》课程设计报告关被控对象的较精确模型。对于磁悬浮输出量为小球的位置所反映的电压变化，在悬浮位置点平衡时重力与磁力相等。系统控制结构框图如下：图 3 磁悬浮闭环系统图 2.2 结果及现象在 Simulink 中建立如图所示的磁悬浮模型：图 4 磁悬浮 PID 控制 MATLAB 仿真模型先设置 PID 控制器为 P 控制器，令 Kp=0.5，Ki=0，Kd =0，得到以下仿真结果： - 5 -

《智能控制及其应用》课程设计报告从图中可以看出，闭环控制系统持续振荡，周期约为 0.4s。为消除系统的振荡，增加微分控制参数 Kd，令 Kp=0.5，Ki=0，Kd =5，得到仿真结果如下：为消除稳态误差，我们增加积分参数 Ki，并不断调整，最终得到以下较为满意的仿真结果，其中 Kp=2.5，Ki=0.1，Kd =20 - 6 -

资料库

智能控制及应用课程设计报告.doc

相关推荐

课程资源

热门标签

最新资料