2016年学界联盟初赛汇报.ppt
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1、2016年贝加莱学界联盟初,贝加莱学界联盟初赛汇报,2019年2月14日,赛汇报荟萃家园队,贝加莱学界联盟初赛汇报,汇 报 内 容,China University Of Petroleum,贝加莱学界联盟初赛汇报,赛题分析与队员分工,China University Of Petroleum,1.1初赛赛题简析,如上图所示,初赛的主要工作是设计一款以速度为输出的控制器,当施加一定的干扰之后(风速),摆锤开始摆动,此时开启控制器让摆锤尽快停止摆动,通过摆锤停止摆动的快慢以及运动过程中的摆动偏差来检验控制系统的设计效果。,贝加莱学界联盟初赛汇报,赛题分析与队员分工,China Universit
2、y Of Petroleum,1.3 队员的分工与任务安排,学会运用AS软件,熟练掌握软件中的相关操作 学会运用matlab自动生成能够在AS中直接运行的C语言代码 根据简易防摇装置的物理结构搭建数学模型 探索不同控制算法的控制效果,选择一套最合适的控制系统,1.2 初赛需要完成的主要工作,队伍组建: 前期的准备工作:集体学习AS软件以及MATLAB软件,探讨建立数学模型的方法 中期的主要工作:根据得到的数学模型,分别实验不同的控制算法 后期工作:选择最佳的控制算法,撰写初赛汇报文档,贝加莱学界联盟初赛汇报,系统模型的建立,China University Of Petroleum,2.1 模
3、型分析,左图为简易防摇装置的实物图,在建模的过程中可将其等效成一个移动的小车和一根摆动的杆,而忽律直线导轨、电机以及摩擦可能带来的潜在影响。,贝加莱学界联盟初赛汇报,系统模型的建立,China University Of Petroleum,2.模型的建立,小车受力分析图,集装箱受力分析图,贝加莱学界联盟初赛汇报,系统模型的建立,China University Of Petroleum,2.模型的建立,C=,贝加莱学界联盟初赛汇报,控制算法的选择,3.1 控制算法的初步学习,在初赛阶段,本组成员学习了多种不同的控制算法,其中远天梦主要学习了H范数控制 和模糊PID控制,张洪存主要学习了DMC
4、(动态矩阵)控制,易炳长主要学习了LQR,组内成员共同学习了PID控制。其中本队将重点介绍传统的PID控制和LQR+PID共同控制。,3.2 不同控制算法的比较分析,3.2.1传统PID控制,China University Of Petroleum,贝加莱学界联盟初赛汇报,控制算法的选择,传统的PID控制由比例(P)、积分(I)和微分(D)三个环节组成,其根据反馈的偏差信号来不断调整三个参数,以取得最佳的控制效果。根据传统的PID结构,本组搭建了下图所示的带有AS接口的PID控制器,进行简易的参数配置之后便可直接转换生产能够在AS中运行的C语言代码。,带有AS接口的PID仿真图,China
5、University Of Petroleum,贝加莱学界联盟初赛汇报,控制算法的选择,本组在调试PID参数的过程中,总结出PID三个环节的作用如下: (1)比例环节:成比例的反应偏差信号,只要偏差一产生比例环节就能发挥作用。比例系数Kp越大,系统的调节精度越高,系统的响应速度越快,系统的稳态误差将减小,但是不能最终消除稳态误差,此外比例系数Kp过大还易产生超调。 (2)积分环节:有利于消除静差,提高系统无差度,能够有效的改善系统的控制精度。但是当积分值过大时,容易产生积分饱和问题,从而使调节精度降低。此外积分环节还会增加系统的超调量,增加调整时间的长度。 (3)微分环节:可以反映偏差信号的变
6、化趋势,能够及时引入修正信号,提高系统的效率,减小系统的动态误差,但是微分值过大会导致延长时间迅速增加,使得系统的抗干扰性减弱。,China University Of Petroleum,贝加莱学界联盟初赛汇报,控制算法的选择,3.2.2 LQR+PID控制,LQR (linear quadratic regulator)即线性二次型调节器,其对象是现代控制理论中以状态空间形式给出的线性系统,而目标函数为对象状态和控制输入的二次型函数。LQR最优设计是指设计出的状态反馈控制器 K要使二次型目标函数J 取最小值,而 K由权矩阵Q 与 R 唯一决定,故此 Q、 R 的选择尤为重要。 LQR对模型
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