板球控制系统的PD型模糊控制算法研究

电气传动２００４年第４期

板球控制系统的ＰＤ型模糊控制算法研究

王赓孙政顺

清华大学

摘要：针对具有非线性特性的系统，设计了一种ＰＤ型模糊逻辑控制器。该控制器在ｍａｔｌａｂ仿真环境下对

简化的模型进行仿真实验，通过仿真结果清晰地看出所设计的ＰＤ模糊控制器能够准确实现球的定点稳定、路

径设置及跟踪等各种控制任务。且其动态特性和稳态特性都优于传统ＰＩＤ控制器的控制效果。

关键词：ＰＤ型模糊控制器板球系统仿真

ＡｌｇｏｒｉｔｈｍｉｃＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＰＤＤｉｒｅｃｔＦｕｚｚｙＣｏｎｔｒｏｌＢａｓｅｄｏｎＢａ¨＆ＰＩａｔｅＡｐｐａｒａｔｕｓ

ＷａｎｇＧｅｎｇＳｕｎＺｈｅｎｇｓｈｕｎ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＦｕｚｚｙｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｏｆＰＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒＢａｌｌ＆Ｐｌａｔｅａｐｐａｒａｔｕｓｎｏｎｌｊｎｅａｒｄｙｎａｍｊｃｓ．

Ｗｅａｃｈｉｅｖｅ

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ｔｈｏｓｅｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌＩｅｒ．ＷｅａｐｐｌｉｅｄｔｈｅＰＤｄｉｒｅｃｔｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｕｎｄｅｒｍａｔｌａｂｌａｎｇｕａｇｅｅｎｖｉｒｏｎ—

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＤｄｉｒｅｃｔｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂａｌｌ＆ｐｌａｔｅｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

１引言

板球系统是一个很有研究价值的实验装置。也是一个典型的多变量、非线性控制系统，是杆球系统［１’２］的扩展。在国外一些大学中已作为学习和研究各种控制方法的实验装置［３］。板球系统由可以绕其中心转动的板及伺服系统组成，如图１所示。伺服系统包括一个步进电机控制卡、两个用于控制板倾斜的步进电机和一个用于测量球位置的智能ＣＣＤ视觉系统。平板支撑在Ｏ，Ａ，Ｂ３点上，２台步进电机可以分别使Ａ，Ｂ点上下移动，带动平板倾斜以使球在其上任意滚动。

板球系统的物理实验目前在国内还属于空

图１板球系统结构示意图白。实验室从２００１年开始进行板球系统物理模型的开发，数字控制系统的结构如图２所示。

图２数字控制系统结构图

原有控制系统存在着如下一些问题。

１）在稳定点附近由于板的静摩擦力的影响，使球运动呈现非线性特征。

２）板及球表面的凹凸对球在运动中的速度和方向产生影响，如时间延迟，速度不均匀等会给被控对象的确定带来困难。

３）控制器过渡过程时间比较长，超调大。

针对以上问题，为板球装置设计了一种新型ＰＤ模糊控制器，进行了基于ｍａｔｌａｂ的仿真研究，得到了满意的控制效果。

２模糊控制器的设计

板球系统已经具有较为成熟的数学模型［１￣３］，并且还有大量的对于板球系统近似线性

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