题目平板球实验系统-硬件设计学院专业姓名班级学号指导教师孙伟华一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义1.国内外的发展现状针对板球控制系统的研究，目前国内研究的状况如下：清华大学模糊控制教研组于2000年前后开始对板球控制系统进行研究，提出了T-S多变量模糊控制方案，并在仿真环境下进行了轨迹规划和跟踪实验。之后开发了基于视觉的板球控制系统仿真平台，设计模糊控制器，实现了对板球实验平台的稳定控制。大连理工大学的李洪兴教授及其研究生设计了变论域模糊控制器，在simulink环境下进行仿真，相对位置式PID和增量式PID有较好控制效果，最后在自己研发的仿真平台上实现了小球对正方形和圆形的轨迹跟踪，取得了较好的控制效果。吉林大学的田彦涛教授及其研究生设计了基于扩展卡尔曼滤波的状态观测器，对板球控制系统中摩擦力状态进行了在线实时估计，并对估计后的摩擦力进行分析，得到与摩擦力相关的因素，推导出摩擦力的数学模型，最后设计了摩擦力补偿器对摩擦力进行补偿，并在基于视觉的板球控制系统中进行验证，2009年前后，设计了板球系统的参数自调整反步控制，考虑控制量受饱和特性限制而引入的约束条件，利用遗传算法优化模糊规则，降低了镇定控制中的位置超调和偏差。中南大学张修如教授及其研究生对板球控制系统的视觉系统进行了研究，获取了小球的实际位置。另外上海交通大学开发了台面球系统利用气缸伺服控制机构进行控制，以及台湾的成功大学C.C.Ker采用接触式的控制面板构建了板球实验平台，并对实验装置进行了控制。经过这些年的发展国内很多大学都建立了自己的板球控制系统的实物仿真平台，不再只是基于simulink仿真的研究，并在板球系统上验证控制算法。在国外伊朗德黑兰大学的Carolucas等人在CE151板球实验平台上，设计基于遗传内插算法的模糊控制器，实现了小球的定位控制。1992年，美国著名的控制理论专家Hauser.J应用线性化理论，对板球控制系统的输入输出变量进行局部线性化得到了其简化的线性模型，在板球控制系统上获得了较好的控制效果。通过触摸屏检测小球的位置，建立系统简化的线性系统模型，设计状态反馈控制器对系统进行控制，小球的定位控制精度为5mm，跟踪圆轨迹径向平均误差18mm，运行速度小于4.2mm/s。汉阳大学的学者提出了变结构自适应控制器，控制的核心是采用分层模糊CMAC神经网络控制，成功的实现了球的定位控制。FANX在板球系统的仿真平台上，在环境不变的情况下，研究球的轨迹规划及跟踪问题。2.意义板球系统的实质是指对于平板在X轴与,轴方向上的倾斜角度进行不断地调整，以控制小球在板上平稳运动。因此，我们说板球系统的被控对象是平板,通过两个互相垂直的旋转轴来加以控制该平板，平板上方的摄像头可以采集到小球处于平板上的位置信息，然后将该信息反馈给控制系统，通过设计不同的控制算法使得控制系统对于平板的倾斜角度进行控制，以实现小球的定位控制以及特定运动轨迹跟踪的目的。对于板球系统的研究，不仅取得了大量的理论成果，而且在很多实际应用方面也发挥着举足轻重的作用，例如机器人控制、卫星定位、航空航天等领域。所谓欠驱动系统，意味着系统的自由度大于其独立的控制输入数目。从该角度出发，板球系统的研究意义也十分重大。欠驱动系统的典型例子包括机器人的操纵者、轮式机器人、步行机器人、宇宙飞船、飞机、直升机、导弹、水面舰艇以及水下车辆等。可从以下两个方面，对欠驱动系统的研究意义进行概括。(1)从制造角度而言，不仅可以节省控制系统的费用，而且还可以减少控制系统的质量，也就是说用较少的控制设备取代原有的较多的控制设备以实现系统控制，却不以牺牲理想的控制效果为代价。(2)从实际应用层面来看，若系统中某控制设备突然出现故障时，这时可以发挥依然能够正常工作的控制设备的作用，继续对系统实施控制，能够大幅度地提高系统的可靠性。因此，可以看出，其重要意义在于不仅仅可以降低由故障导致的系统瘫痪这种可能性，而且也可以降低随之带来的损失。正因为如此，近些年来,欠驱动系统的研究得到了众多研究人员的关注.与此同时，板球系统的研究还涉及到很多方面的技术，例如...