龍門吊車重物防擺雙閉環PID控制設計

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設計日期：

龍門吊車重物防擺雙閉環PID控制設計

要求報告中包括控制結構圖，仿真結構圖以及MATLAB仿真結果

時間設計內容備注第一天拿到課程設計題目第二天 查找資料第三天 完成課程設計雛形第四天查找資料[1] 薛強,梁冰,劉建軍,劉曉麗.矸石山滲濾液在地下水系統中運移的仿真分析[J].系統仿真學報，2004,16(2):356-359.

[2] 金忠青.N-S方程的數值解和紊流模型[M].南京：河海大學出版社,1989

[3] 黃忠霖.自動控制原理的MATLAB實現.國防工業出版社,2007

[4] 胡壽松.自動控制原理.科學出版社,2007

第五天完成課程設計報告主要參考文獻(資料)：

專業班級 學生

課程設計(論文)工作起止日期

指導教師簽字 日期

教研室主任審查簽字 日期

系主任批準簽字 日期

目 錄

一、引言

三、魯棒PID控制系統設計

五、設計結論及其心得………………………………19

參考文獻……………………………………………20

龍門吊車重物防擺雙閉環PID控制設計報告

課程設計：

1

2)鍛煉學生的分析問題，解決問題，查閱資料，以及綜合應用知識的能力。

設計報告要求：

要求報告中包括控制結構圖，仿真結構圖以及MATLAB仿真結果

課程設計報告

一、引言

一般情況下，我們討論控制系統設計時，總是假設已經知道了受控對象和控制器的模型知道了他們的各種定常參數，但是由于存在種種不確定因素，如：

參數變化

未建模動力學特性

未建模時延平衡點(工作點)的變化

傳感器噪聲不可干預的干擾輸入

等等，所以建立的對象模型只能是實際物理系統的“不精確表示”。

魯棒控制系統設計的目的就是要在模型不精確或者存在其他參數變化因素的條件下，是系統仍能保持預期的性能。如果模型的變化或者不精確性所造成的系統性能的是可以接受的，這樣的系統成為魯棒系統。

對于吊車系統的重物防擺控制要求，雙閉環PID防擺控制方案雖具有良好的防擺和定位效果，但對其繩長和有效載荷不確定這一問題，要求所設計的系統應具有較強的魯棒性。下面就給出了如何應用魯棒控制理論來控制吊車系統的防擺控制設計，即給出吊車防擺系統雙閉環魯棒PID控制方案的完整設計過程。

二、吊車建模

1、設：小車質量為，重物質量為m，繩索的長度為l，繩索對重物的拉力為T，重物擺角為，給小車的水平作用力為F，小車與水平導軌之間的摩擦阻尼系數為D，忽略繩索的質量重物擺動時的空氣阻力。

重物的坐標為()

重物沿x軸方向的運動方程為 ，得

重物沿y軸方向的運動方程為，得

小車沿x軸方向的運動方程為：

∵角很小

∴sin,cos

整理式123式得

化簡：由式4、5得

由式4、6得

對式7、8進行化簡得

設初狀態為0，對上式進行拉氏變換得

由上面系統傳遞函數形式模型可得定擺長吊車運動系統動態結構圖

上圖可以簡化為：

圖1

從不難看出，擺角是行走過程中的一個環節，要對擺角的位置進行控制，可采用雙閉環控制的思想，分別選取擺角和位置作為內、外環來進行控制器的設計，以實現對擺角與位置的有效控制。

魯棒PID控制系統設計

魯棒PID控制與靈敏度

在不確定情況下設計高精度的控制系統是一個經典的反饋設計問題，早期人們把這個問題看成是靈敏度設計問題，設計者希望得到這樣的系統，當不確定參數在一定范圍內變動時，這個系統仍能正常工作。如果控制系統是穩健并具有很強適應能力的，我們就稱他為魯棒控制系統。

具體來講魯棒控制系統應具有如下的特點：

靈敏度低；

在參數的允許變化范圍內能保持穩定；

當參數放生較激烈的變化時，能夠恢復和保持預期性能

魯棒可以視為是系統對那些未加考慮的影響因素的靈敏度，這些影響因素主要包括干擾、測量噪聲和未建模動態特性等。當系統按照設計去完成任務時，他應該能夠克服這些要素的影響。

靈敏度是控

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總結

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