模式识别与智能系统专业优秀论文模式识别与智能系统专业优秀论文 实时仿真方法在伺服控制系统实时仿真方法在伺服控制系统的应用研究的应用研究关键词：微型足球机器人关键词：微型足球机器人 实时仿真实时仿真 伺服控制伺服控制 球杆系统球杆系统 倒立摆倒立摆 控制系统控制系统摘要：系统仿真是迅速发展起来的一门综合的新兴学科，它涉及到控制理论、 相似性原理、计算机技术等领域，随着系统仿真的理论方法和应用技术研究的 深入以及计算机技术的发展，应用数字计算机对实际系统或假想的系统进行仿 真的技术越来越受到人们的重视。实时仿真是在仿真实验系统的仿真回路中接 入部分实物的一种仿真形式。实时仿真同其它类型的仿真方法相比具有实现更 高真实度的可能性，是仿真技术中置信度最高的一种仿真方法。从系统的观点 看，实时仿真允许在系统中接入部分实物，意味着可以把实物放在系统中进行 考察和检验，是提高系统设计的可靠性的必要手段。 本文将实时仿真技术应 用于一类典型伺服控制系统进行研究。将微型足球机器人、球杆系统和倒立摆 等伺服控制对象置于仿真回路中，直接获得系统的行为数据，进而评价系统性 能和展开相应研究，对该类控制系统的研发和实际应用具有很好的推动作用。 论文主要研究内容与创新工作： (1)详细综述了系统仿真技术与实时仿真技 术的概念、形成发展及其主要的应用，着重研究了实时仿真系统的仿真算法与 体系结构，完成了对建立一套实时仿真系统的实现方案和平台设计的开发过程， 分析和验证了系统的实时性能。 (2)基于拉格朗日法的动力学建模。针对伺 服控制对象中的一类欠驱动机械系统，由于其状态变量比较多，因此其动力学 模型比较复杂。基于系统齐次坐标变换和系统能量的变化，推导并建立了该类 伺服系统受控对象的动力学模型。 (3)基于 MATLAB/Simulnk 与 dSPACE 的无 缝连接，建立伺服控制实时仿真系统，实现实时硬件的图形化和参数变量的可 视化，通过建立虚拟仪表与实时程序进行动态数据交换，实时监控系统运行， 完成试验过程的综合管理。 (4)基于建立的伺服控制实时仿真系统，对微型 足球机器人系统控制器进行了设计和优化，动态调整控制器参数，并实现了系 统模型的辨识和系统的跟随性能测试。 (5)在对球杆系统的运动控制分析基 础上，应用 ITAE 最优控制准则对系统伺服控制器进行了优化设计，获得了系统 参数的全局最优解，并在建立的实时仿真系统中加以实现和验证。 (6)通过 对系统运动分析，不仅完成了倒立摆系统可摆性分析，而且将系统运动过程划 分为起摆、摆动和稳摆三个主要阶段，并进一步细划每一阶段的主要控制目标， 依此设定控制器类型，基于实时仿真系统实现了系统控制状态的平稳切换。 (7)基于最优控制思想，实现了旋转一级倒立摆、旋转二级倒立摆和 2dof 平面 倒立摆的平衡控制。通过在实时仿真系统的运行，验证了控制器的鲁棒性。基 于实时仿真平台，给定 PRBS 伪随机二进制信号输入，应用最小二乘的系统辨识 方法，对倒立摆闭环模型进行了辨识。 仿真和实验结果证明，基于实时仿真 技术构建的伺服控制实时仿真系统是一个十分理想的仿真实验平台，它的建立 为系统控制和相关问题的进一步研究与实现提供了行之有效的解决途径。正文内容正文内容系统仿真是迅速发展起来的一门综合的新兴学科，它涉及到控制理论、相 似性原理、计算机技术等领域，随着系统仿真的理论方法和应用技术研究的深 入以及计算机技术的发展，应用数字计算机对实际系统或假想的系统进行仿真 的技术越来越受到人们的重视。实时仿真是在仿真实验系统的仿真回路中接入 部分实物的一种仿真形式。实时仿真同其它类型的仿真方法相比具有实现更高 真实度的可能性，是仿真技术中置信度最高的一种仿真方法。从系统的观点看， 实时仿真允许在系统中接入部分实物，意味着可以把实物放在系统中进行考察 和检验，是提高系统设计的可靠性的必要手段。 本文将实时仿真技术应用于 一类典型伺服控制系统进行研究。将微型足球机器人、球杆系统和倒立摆等伺 服控制对象置于仿真回路中，直接获得系统的行为数据，进而评价系统性能和 展开相应研究，对该类控制系统的研发和实际应用具有很好的推动作用。 论 文主要研究内容与创新工作： (1)详细综述了系统仿真技术与实时仿真技术 的概念、形成发展及其主要的应用，着重研究了实时仿真系统的仿真算法与体 系结构，完成了对建立一套实时仿真系统的实现方案和平台设计的开发过程， 分析和验证了系统的实时性能。 (2)基于拉格朗日法的动力学建模。针对伺 服控制对象中的一类欠驱动机械系统，由于其状态变量比较多，因此其动力学 模型比较复杂。基于系统齐次坐标变换和系统能量的变化，推导并建立了该类 伺服系统受控对象的动力学模型。 (3)基于 MATLAB/Simulnk 与 dSPACE 的无 缝连接，建立伺服控制实时仿真系统，实现实时硬件的图形化和参数变量的可 视化，通过建立虚拟仪表与实时程序进行动态数据交换，实时监控系统运行， 完成试验过程的综合管理。 (4)基于建立的伺服控制实时仿真系统，对微型 足球机器人系统控制器进行了设计和优化，动态调整控制器参数，并实现了系 统模型的辨识和系统的跟随性能测试。 (5)在对球杆系统的运动控制分析基 础上，应用 ITAE 最优控制准则对系统伺服控制器进行了优化设计，获得了系统 参数的全局最优解，并在建立的实时仿真系统中加以实现和验证。 (6)通过 对系统运动分析，不仅完成了倒立摆系统可摆性分析，而且将系统运动过程划 分为起摆、摆动和稳摆三个主要阶段，并进一步细划每一阶段的主要控制目标， 依此设定控制器类型，基于实时仿真系统实现了系统控制状态的平稳切换。 (7)基于最优控制思想，实现了旋转一级倒立摆、旋转二级倒立摆和 2dof 平面 倒立摆的平衡控制。通过在实时仿真系统的运行，验证了控制器的鲁棒性。基 于实时仿真平台，给定 PRBS 伪随机二进制信号输入，应用最小二乘的系统辨识 方法，对倒立摆闭环模型进行了辨识。 仿真和实验结果证明，基于实时仿真 技术构建的伺服控制实时仿真系统是一个十分理想的仿真实验平台，它的建立 为系统控制和相关问题的进一步研究与实现提供了行之有效的解决途径。 系统仿真是迅速发展起来的一门综合的新兴学科，它涉及到控制理论、相似性 原理、计算机技术等领域，随着系统仿真的理论方法和应用技术研究的深入以 及计算机技术的发展，应用数字计算机对实际系统或假想的系统进行仿真的技 术越来越受到人们的重视。实时仿真是在仿真实验系统的仿真回路中接入部分 实物的一种仿真形式。实时仿真同其它类型的仿真方法相比具有实现更高真实 度的可能性，是仿真技术中置信度最高的一种仿真方法。从系统的观点看，实 时仿真允许在系统中接入部分实物，意味着可以把实物放在系统中进行考察和 检验，是提高系统设计的可靠性的必要手段。 本文将实时仿真技术应用于一类典型伺服控制系统进行研究。将微型足球机器人、球杆系统和倒立摆等伺服 控制对象置于仿真回路中，直接获得系统的行为数据，进而评价系统性能和展 开相应研究，对该类控制系统的研发和实际应用具有很好的推动作用。 论文 主要研究内容与创新工作： (1)详细综述了系统仿真技术与实时仿真技术的 概念、形成发展及其主要的应用，着重研究了实时仿真系统的仿真算法与体系 结构，完成了对建立一套实时仿真系统的实现方案和平台设计的开发过程，分 析和验证了系统的实时性能。 (2)基于拉格朗日法的动力学建模。针对伺服 控制对象中的一类欠驱动机械系统，由于其状态变量比较多，因此其动力学模 型比较复杂。基于系统齐次坐标变换和系统能量的变化，推导并建立了该类伺 服系统受控对象的动力学模型。 (3)基于 MATLAB/Simulnk 与 dSPACE 的无缝 连接，建立伺服控制实时仿真系统，实现实时硬件的图形化和参数变量的可视 化，通过建立虚拟仪表与实时程序进行动态数据交换，实时监控系统运行，完 成试验过程的综合管理。 (4)基于建立的伺服控制实时仿真系统，对微型足 球机器人系统控制器进行了设计和优化，动态调整控制器参数，并实现了系统 模型的辨识和系统的跟随性能测试。 (5)在对球杆系统的运动控制分析基础 上，应用 ITAE 最优控制准则对系统伺服控制器进行了优化设计，获得了系统参 数的全局最优解，并在建立的实时仿真系统中加以实现和验证。 (6)通过对 系统运动分析，不仅完成了倒立摆系统可摆性分析，而且将系统运动过程划分 为起摆、摆动和稳摆三个主要阶段，并进一步细划每一阶段的主要控制目标， 依此设定控制器类型，基于实时仿真系统实现了系统控制状态的平稳切换。 (7)基于最优控制思想，实现了旋转一级倒立摆、旋转二级倒立摆和 2dof 平面 倒立摆的平衡控制。通过在实时仿真系统的运行，验证了控制器的鲁棒性。基 于实时仿真平台，给定 PRBS 伪随机二进制信号输入，应用最小二乘的系统辨识 方法，对倒立摆闭环模型进行了辨识。 仿真和实验结果证明，基于实时仿真 技术构建的伺服控制实时仿真系统是一个十分理想的仿真实验平台，它的建立 为系统控制和相关问题的进一步研究与实现提供了行之有效的解决途径。 系统仿真是迅速发展起来的一门综合的新兴学科，它涉及到控制理论、相似性 原理、计算机技术等领域，随着系统仿真的理论方法和应用技术研究的深入以 及计算机技术的发展，应用数字计算机对实际系统或假想的系统进行仿真的技 术越来越受到人们的重视。实时仿真是在仿真实验系统的仿真回路中接入部分 实物的一种仿真形式。实时仿真同其它类型的仿真方法相比具有实现更高真实 度的可能性，是仿真技术中置信度最高的一种仿真方法。从系统的观点看，实 时仿真允许在系统中接入部分实物，意味着可以把实物放在系统中进行考察和 检验，是提高系统设计的可靠性的必要手段。 本文将实时仿真技术应用于一 类典型伺服控制系统进行研究。将微型足球机器人、球杆系统和倒立摆等伺服 控制对象置于仿真回路中，直接获得系统的行为数据，进而评价系统性能和展 开相应研究，对该类控制系统的研发和实际应用具有很好的推动作用。 论文 主要研究内容与创新工作： (1)详细综述了系统仿真技术与实时仿真技术的 概念、形成发展及其主要的应用，着重研究了实时仿真系统的仿真算法与体系 结构，完成了对建立一套实时仿真系统的实现方案和平台设计的开发过程，分 析和验证了系统的实时性能。 (2)基于拉格朗日法的动力学建模。针对伺服 控制对象中的一类欠驱动机械系统，由于其状态变量比较多，因此其动力学模 型比较复杂。基于系统齐次坐标变换和系统能量的变化，推导并建立了该类伺 服系统受控对象的动力学模型。 (3)基于 MATLAB/Simulnk 与 dSPACE 的无缝连接，建立伺服控制实时仿真系统，实现实时硬件的图形化和参数变量的可视 化，通过建立虚拟仪表与实时程序进行动态数据交换，实时监控系统运行，完 成试验过程的综合管理。 (4)基于建立的伺服控制实时仿真系统，对微型足 球机器人系统控制器进行了设计和优化，动态调整控制器参数，并实现了系统 模型的辨识和系统的跟随性能测试。 (5)在对球杆系统的运动控制分析基础 上，应用 ITAE 最优控制准则对系统伺服控制器进行了优化设计，获得了系统参 数的全局最优解，并在建立的实时仿真系统中加以实现和验证。 (6)通过对 系统运动分析，不仅完成了倒立摆系统可摆性分析，而且将系统运动过程划分 为起摆、摆动和稳摆三个主要阶段，并进一步细划每一阶段的主要控制目标， 依此设定控制器类型，基于实时仿真系统实现了系统控制状态的平稳切换。 (7)基于最优控制思想，实现了旋转一级倒立摆、旋转二级倒立摆和 2dof 平面 倒立摆的平衡控制。通过在实时仿真系统的运行，验证了控制器的鲁棒性。基 于实时仿真平台，给定 PRBS 伪随机二进制信号输入，应用最小二