臺灣博碩士論文加值系統

本論文針對吊車系統 (Overhead Crane System)，提出一個PD控制器結合Simplex最佳化演算法的控制法則，使吊車系統達到定位與抗擺的目標，並探討摩擦力對吊車系統的影響進行補償。
在控制器方面，主要分三個部份進行：第一部份，於扭力模式考慮吊車系統位置與負載角度的誤差，經Simplex最佳化演算法估測出PD控制器最佳增益。第二部份，於位置模式經Simplex最佳化演算法找出最佳路徑。第三部份，於扭力模式，不考慮角度回授，以最佳路徑作為期望值，經Simplex最佳化演算法估測出PD控制器的最佳控制增益。
在摩擦力方面，結合PGA與PSO (particle swarm optimization) 兩種方法鑑別出含摩擦力之吊車系統T-S模糊模型，並將所估測出的摩擦力加入實際吊車系統進行探討。

The purpose of this thesis is to use the down-hill simplex algorithm to design the optimal PD control gains for an overhead crane system. The control law includes a model-based friction compensation identified by optimization techniques.
The design process is divided into three parts. In the first part, the Simplex optimization algorithm is used to find the optimal control gains while the system is controlled under the torque mode and position and angle tracking errors are used. In the second part, optimal path is searched for also by the Simplex method while the system is controlled under the position mode. In the third part, the gain of the PD controller is also found by the Simplex method to track a trajectory found in the second part while the system is controlled under the torque mode without angular feedback.
In addition, the effect of friction is modeled in the Takagi-Sugeno fuzzy form using an island-based genetic algorithms and the particle swarm optimization method. Experimental results demonstrate the validity of the fuzzy model.

誌謝………………………………………………………………………………......iv
中文摘要……………………………………………………………………………...v
英文摘要……………………………………………………………………………..vi
目錄…………………………………………………………….……………...…….vii
第一章 緒論…………………………………………………………………….. 1
1.1 研究背景與動機…………………………………………………… 1
1.2 文獻回顧………………………………………………………………… 1
1.3 研究目的…………………………………………………………………….4
1.4 論文架構……………………………………………………………………..5
第二章 吊車系統數學模型推導……………………………………………….. 6
2. 1吊車系統數學模型………………………………………………………… 6
第三章 控制器設計與摩擦力……………………………………………. 11
3.1控制器設計…………………………………………………………… 11
3.2 PD控制器…………………………………..…………………………... 12
3.3 PD控制器設計…………………………………………………………. 13
3.3.1尋Simplex 最佳化演算法介紹…………………………………... 13
3.3.2 Simplex結合PD控制器收尋最佳參數……………………… 18
3.4摩擦力………………………..……………………………………………19
3.4.1 摩擦力介紹………………………...………………………………..19
3.4.2 考慮摩擦力之系統模型………………………...…………………..21
第四章 系統設備整合………………………………………...………………. 24
4.1軟體架構………………………………………………...……………... 24
4.1.1 軟體工具………………………………..……………….…………..24
4.1.2 操作面板說明……………………………..……………….………..25
4.2硬體架構……………………………………………………................. 27
4.2.1 個人電腦……………………………...……………………………..27
4.2.2 DS1104控制卡…………………………………………...…………..27
4.2.3 AC伺服馬達……………………………………...………………….29
4.2.4 AC伺服驅動器……………………………………...……………….29
4.2.5 編碼計數器………………………………………………………….30
4.2.6 吊車系統…………………………………………………………….31
4.3 實驗流程………………………………………………...………………...32
4.4 吊車系統訊號整合………………………………………...……………...32
4.4.1 吊車移動位置讀取…………………………………...……………..32
4.4.2 負載擺動角度讀取………………………………...………………..33
4.4.3 扭力模式………………………………...…………………………..33
4.4.4 位置模式……………………………...……………………………..34
4.4.5 速度模式…………………………………...………………………..35
第五章 實驗結果與討論……...………………………………………………. 36
5.1 吊車系統於扭力模式……………………………….......…………….36
5.2 吊車系統於位置模式………………………………...………...….….40
5.3 吊車系統於扭力模式-擺錘角度未經控制………………..…...…….42
5.4 吊車系統控制器增益隨系統時間改變………………..………...…..50
第六章 結論與未來展望……………………………..…..………………………..56
6.1 結論…………………………………...…………………………………...56
6.2 未來展望………………………………...………………………………...56
參考文獻…………………………………………………………………….…… 57

參考文獻
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