计算机控制悬浮小球设计.docVIP

a a a a a a 摘要 空气浮球位置控制系统是一个非线性、多因素影响的动态系统。针对空气浮球模型输出高度与风扇吹力、空气阻力和自身重力三大主要因素之间的关系，本课程设计利用模糊控制算法和建模仿真对空气浮球控制系统进行设计，以达到系统对空气浮球较为准确定位的要求。 本课程设计首先利用PWM脉宽调制技术实现对风扇电压调节，以实现系统所需风扇不同吹力的要求，然后对空气浮球的受力及运动进行分析，利用MATLAB Simulink仿真技术实现对空气浮球所受风扇吹力、空气阻力和自身重力建模，从而实现了该系统的开环设计。接着，我们采用模糊控制算法，利用九级限速控制规则，实现空气浮球位置控制系统闭环设计。 最后，根据现实的需要，我们在该系统中加入A/D转换、D/A转换和双线性低通滤波设计，使系统仿真设计更加贴近现实情况。 关键词 空气浮球；位置控制；Simulink仿真；模糊控制算法 a a a a a a TOC \o 1-3 \h \u 25963 摘要 I 10976 1 绪论 1 7295 1.1 国内外运动控制的现状 1 11739 1.2 课题背景和意义 1 654 1.3 课程设计任务分工 2 30671 2 系统概述 3 21745 3 空气浮球运动控制开环系统分析与设计 4 524 3.1 空气浮球的受力分析 4 31657 3.2 开环系统数学模型 4 24760 3.3 开环系统模型simulink仿真 7 32195 3.3.1 开环方框图及传递函数 7 15400 3.3.2 控制器的设计 8 4570 3.3.3 受控平台的设计 13 10711 3.3.4 开环系统验证 17 29592 4 空气浮球运动控制闭环系统分析与设计 19 2651 4.1 闭环系统方框图 19 11887 4.2 规则库的设计 19 31690 4.3 闭环系统验证 23 20190 5 系统现实环境的改进 25 11367 5.1 A/D转换和D/A转换 25 14066 5.2 双线性变换低通滤波设计 29 30606 6 结论 32 30709 参考文献 33 18236 附录 34 a a a a a a a a a a a a 1 绪论 1.1 国内外运动控制的现状 随着各种自动化技术的日益发展，运动控制技术也跟着发展起来。最早的运动控制器不需要其他的处理器及操作系统的支持，它能够单独地完成运动控制等功能，是一个不需要依靠其他控制器而运行的控制器。这种类型的运动控制器之所以成为能够独立运行的控制器，是因为其主要功能通常已经根据应用技术的要求设计了所需要的功能，用户只要根据要求编写所需要的文件，然后传送给控制器，控制器就可以完成相关的动作。但这类控制器依赖于加工代码协议，用户不能根据实际的要求而重新组合自己的运动控制系统，所以这类控制器通常依赖于它的特定的工艺要求而不能跨行业应用。随着市场的发展，通用型运动控制器已成为其必不可少的一部分。 美国政府从1987 年开始研究开放式的运动控制系统。该计划在基于开放式的结构控制器基础上从而规定了开放式系统的标准结构规格。美国好几个大学的研究部门，从1996年开始，他们对这一计划各自发表了对应的研究成果，例如美国的国际标准研究院为此研制的具有增强功能的机床控制器；美国福特、通用和克莱斯勒这三个汽车公司研究制定出的具有模块和开放体系的结构控制器，它的主要目的是使制造的系统变得更为柔性和敏捷。 近几年来，运动控制在其技术领域不断地发展和逐步的完善，在工业自动化这个领域所涉及到的产品中，运动控制器是个单独的产品，越来越多的产业界开始重视并发展它，并在目前所在的市场上已经具有了一定的规模。但是在运动控制器产品的开发上，国内仍处于落后位置，固高科技有限公司从二十世纪末开始开发并生产开放型的运动控制器，紧跟其后，国内的几家公司都逐步进入这个领域，可实际上，能够真正自主开发的公司还是比较少的，他们中的大多数实际上是把外国生产出来的产品在国内进行推广。“八五”期间，在国内众多科学研究者的不断地努力下，成功地开发了数控平台和蓝天型、华中型、航天型、中华型等4 种系统，这些系统采用基于模块化基础上的嵌入式的软、硬件结构。在此中间华中型的系统比较有代表性，它采用的结构是工业PC 机上插接口卡，在DOS 操作平台上运行，具有比较好的层次化、模块化特点，具有一定的扩展和伸缩性。但是要是从总体上来讲，它们仍是数控系统，并不是独立的开放式运动控制器产品。 由此可见，与科学技术比较发达的国家相比，国内在运动控制技术的研究和应用方面还有较大差距。 a a a a a a 1.2 课题背景和意义 Simulink是MAT