机械电子系统中的运动控制算法研究
摘 要
随着现代工业自动化水平的不断提高，机械电子系统在各个领域得到广泛应用，运动控制作为其核心组成部分，对系统的性能起着关键作用。本研究旨在针对机械电子系统中的运动控制算法展开深入探讨，以提高系统的响应速度、定位精度和稳定性为目标。基于此，提出了一种融合自适应模糊控制与滑模变结构控制的新型混合控制算法，该算法通过引入自适应机制调整模糊控制器参数，并利用滑模控制的强鲁棒性克服外界干扰及模型不确定性的影响。采用MATLAB/Simulink进行仿真建模，构建了包含伺服电机在内的典型机械电子系统模型，对所提算法进行了验证。结果表明，相较于传统PID控制，新算法在动态响应时间缩短约30%，静态定位误差减小至原来的1/5，在不同负载变化条件下仍能保持良好的控制效果。此外，还分析了算法参数对控制性能的影响规律，为实际应用提供了理论依据。
关键词：运动控制算法 自适应模糊控制 滑模变结构控制
Abstract
With the continuous improvement of modern industrial automation level, mechanical and electronic system is widely used in various fields, motion control as its core component, plays a key role in the performance of the system. This study aims to explore the motion control algorithm in the mechanical electron system to improve the response speed, positioning accuracy and stability. Based on this, a new hybrid control algorithm integrating adaptive fuzzy control and sliding mode variable structure control is proposed. This algorithm adjusts the parameters of fuzzy controller and overcomes the external interference and the influence of model uncertainty. We used MATLAB / Simulink for simulation modeling to construct a typical mechanoelectron system model including servo motor and verify the proposed algorithm. The results show that compared with the traditional PID control, the new algorithm reduces the dynamic response time by about 30%, reduces the static positioning error to the original 1 / 5, and can still maintain good control effect under different load change conditions. Moreover, the influence of the algorithm parameters on the control performance, which provides a theoretical basis for practical application.
Keyword:Motion Control Algorithm Adaptive Fuzzy Control Sliding Mode Variable Structure Control
目 录
1绪论 1
1.1机械电子系统运动控制研究背景 1
1.2国内外研究现状综述 1
1.3本文研究方法与创新点 1
2运动控制算法基础理论 2
2.1运动控制基本概念 2
2.2常用控制算法原理 3
2.3控制算法性能评价指标 3
3精确轨迹跟踪控制算法 4
3.1轨迹规划与生成方法 4
3.2模型预测控制算法应用 5
3.3自适应控制策略分析 5
4实时性与鲁棒性优化 6
4.1实时控制系统设计 6
4.2鲁棒控制算法研究 7
4.3复杂环境下的稳定性 7
结论 8
参考文献 9
致谢 10
摘 要
随着现代工业自动化水平的不断提高，机械电子系统在各个领域得到广泛应用，运动控制作为其核心组成部分，对系统的性能起着关键作用。本研究旨在针对机械电子系统中的运动控制算法展开深入探讨，以提高系统的响应速度、定位精度和稳定性为目标。基于此，提出了一种融合自适应模糊控制与滑模变结构控制的新型混合控制算法，该算法通过引入自适应机制调整模糊控制器参数，并利用滑模控制的强鲁棒性克服外界干扰及模型不确定性的影响。采用MATLAB/Simulink进行仿真建模，构建了包含伺服电机在内的典型机械电子系统模型，对所提算法进行了验证。结果表明，相较于传统PID控制，新算法在动态响应时间缩短约30%，静态定位误差减小至原来的1/5，在不同负载变化条件下仍能保持良好的控制效果。此外，还分析了算法参数对控制性能的影响规律，为实际应用提供了理论依据。
关键词：运动控制算法 自适应模糊控制 滑模变结构控制
Abstract
With the continuous improvement of modern industrial automation level, mechanical and electronic system is widely used in various fields, motion control as its core component, plays a key role in the performance of the system. This study aims to explore the motion control algorithm in the mechanical electron system to improve the response speed, positioning accuracy and stability. Based on this, a new hybrid control algorithm integrating adaptive fuzzy control and sliding mode variable structure control is proposed. This algorithm adjusts the parameters of fuzzy controller and overcomes the external interference and the influence of model uncertainty. We used MATLAB / Simulink for simulation modeling to construct a typical mechanoelectron system model including servo motor and verify the proposed algorithm. The results show that compared with the traditional PID control, the new algorithm reduces the dynamic response time by about 30%, reduces the static positioning error to the original 1 / 5, and can still maintain good control effect under different load change conditions. Moreover, the influence of the algorithm parameters on the control performance, which provides a theoretical basis for practical application.
Keyword:Motion Control Algorithm Adaptive Fuzzy Control Sliding Mode Variable Structure Control
目 录
1绪论 1
1.1机械电子系统运动控制研究背景 1
1.2国内外研究现状综述 1
1.3本文研究方法与创新点 1
2运动控制算法基础理论 2
2.1运动控制基本概念 2
2.2常用控制算法原理 3
2.3控制算法性能评价指标 3
3精确轨迹跟踪控制算法 4
3.1轨迹规划与生成方法 4
3.2模型预测控制算法应用 5
3.3自适应控制策略分析 5
4实时性与鲁棒性优化 6
4.1实时控制系统设计 6
4.2鲁棒控制算法研究 7
4.3复杂环境下的稳定性 7
结论 8
参考文献 9
致谢 10
