基于遗传算法倒立摆制约及其网络实验系统设计

倒立摆是一个非线性、多变量、强藕合、不稳定的机电系统。作为一种被广泛采用的控制对象,倒立摆系统即可以检验很多控制方法的有效性,也可以将控制理论的很多抽象概念如控制系统的稳定性、可控性和收敛速度等直观地表现出来。因而它在控制理论的方法及实验研究中具有很重要的作用。本文以XZ-Ⅱ型旋转式倒立摆为研究对象,在分析了旋转式倒立摆结构的基础上,建立了旋转式倒立摆的数学模型,并将遗传算法引入到旋转式倒立摆的PID控制算法研究中,利用改进的遗传算法分别对旋转式倒立摆的单回路PID和双回路PID控制器参数进行寻优。仿真结果表明该方法具有较好的控制效果。并在此研究的基础上进一步实现了旋转式倒立摆实物系统的基于遗传算法的PID控制。另一方面,从构建网络自动控制实验的需要出发,完成了基于C/S结构的旋转式倒立摆网络教学实验系统的研究与设计。该系统由旋转式倒立摆、网络服务器、应用程序服务器、数据库服务器、图像服务器、远程客户端等部分组成。用户可在所设计的支持多用户的管理机制下,通过远程客户端访问倒立摆实验系统,并以远程设置控制参数—本地实时控制—远程传送试验数据的实验方式完成相关实验。【关键词】：旋转式倒立摆遗传算法PID网络实验
【论文提纲】：目录4-6摘要6-7ABSTRACT7-8第一章绪论8-151.1引言81.2倒立摆系统概述8-111.2.1倒立摆系统的分类8-91.2.2倒立摆系统的研究现状及发展趋势9-111.3主要研究问题与关键技术11-131.4本文的主要内容13-15第二章XZ-Ⅱ型旋转式倒立摆系统的结构与模型研究15-222.1引言152.2XZ-Ⅱ型旋转式倒立摆系统简介15-172.2.1XZ-Ⅱ型旋转式倒立摆系统总体结构15-162.2.2XZ-Ⅱ型旋转式倒立摆系统工作原理16-172.3XZ-Ⅱ型旋转式倒立摆数学模型分析17-182.4XZ-Ⅱ型旋转式倒立摆非线性数学模型仿真18-202.5XZ-Ⅱ型旋转式倒立摆Simulink仿真模型的建立20-212.6本章小结21-22第三章基于遗传算法PID的旋转式倒立摆控制22-453.1引言223.2PID控制旋转式倒立摆原理22-243.2.1PID控制旋转式倒立摆原理22-233.2.2PID控制旋转式倒立摆的两种方案23-243.3基本遗传算法(SGA)24-303.3.1遗传算法简介24-263.3.2遗传算法的理论基础26-273.3.3基本遗传算法的实现技术27-303.4基本遗传算法的改进30-343.4.1遗传算法的问题30-313.4.2基本遗传算法的改进31-343.5遗传算法PID控制旋转式倒立摆34-433.5.1遗传算法整定单回路PID的方案设计35-393.5.2遗传算法整定单回路PID的结果39-403.5.3遗传算法整定双回路PID的方案设计40-423.5.4遗传算法整定双回路PID的结果42-433.6遗传算法PID控制倒立摆实物系统43-443.7本章小结44-45第四章基于旋转式倒立摆的网络实验系统设计与实现45-654.1引言454.2网络实验简介45-464.2.1网络实验的定义及分类454.2.2网络实验国内外研究现状45-464.3旋转式倒立摆网络实验系统的物理体系结构46-484.3.1网络实验物理体系结构分析46-474.3.2旋转式倒立摆网络实验系统物理体系结构设计47-484.4旋转式倒立摆网络实验系统的软件体系结构48-524.4.1C/S结构48-504.4.2B/S结构504.4.3本文系统所采用的体系结构50-524.5倒立摆网络实验系统的信息传输研究52-614.5.1后台控制机和旋转式倒立摆之间信息传输研究52-544.5.2基于网络的信息传输研究54-614.6用户管理系统的设计与实现61-624.7系统的实现与效果62-644.8本章小结64-65第五章总结与展望65-675.1全文总结65-665.2后续研究工作展望66-67致谢67-68参考文献68-70