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研究生:黎雲翔
研究生(外文):YUN-SIANG LI
論文名稱:結合PC-Based與PLC之新型爬梯訓練機之速度控制
論文名稱(外文):Velocity Control by PC-Based with PLC for A New Climbing Trainer
指導教授:林仲廉林仲廉引用關係
指導教授(外文):J. Lin
學位類別:碩士
校院名稱:清雲科技大學
系所名稱:機械工程所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:99
中文關鍵詞:爬梯訓練機PID控制Fuzzy控制ANFIS
外文關鍵詞:Climbing TrainerPIDFuzzyANFIS
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本文研究係利用行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所與健行科技大學量測與感測控制實驗室共同自行研發之新型爬梯訓練機為實驗平台,兼具主動與被動模式之兩種動力模式,具有馬達變頻控速系統與發電機磁控系統,於PLC系統上做改良,且於傳動軸上裝設Encoder,利用LabVIEW圖控程式擷取轉速回授訊號,成功的達成PC-Based結合PLC控制爬梯訓練機之運轉速度。
本文研究以線上實驗數據為依據來設計PID(Proportional-Integral-derivative)控制器,並利用ANFIS(Adaptive-Network-Based Fuzzy Inference System)設計出Fuzzy控制器。於本研究中,分別使用Open-loop、PID及Fuzzy控制理論來對馬達進行轉速之追蹤控制,探討爬梯訓練機於不同負載之情況及因攀爬動作所造成之未知外力干擾下,對馬達轉速追蹤控制之影響。


This test-bed for this research is based on a novel climbing trainer which is co-developed by Institute of Occupational Safety and Health (IOSH) and Sensor and Control Laboratory of Chien Hsin University of Science and Technology. The proposed climbing trainer owns active-passive hybrid control mode and is originally controlled by programmable logic controller (PLC). The main goal of this study is to improve the performance of the climbing trainer which included both hardware and software. The new systems in terms of hardware set an encoder which can had feedback speed and in terms of software used LabVIEW to control speed during the trainer operation. Consequently, it is successful combined using PC-Based with PLC to drive motor speed to the desired values. Two control methodologies PID and Fuzzy are proposed for speed tracking investigation. The Fuzzy controller is based on Adaptive-Network-Based Fuzzy Inference System (ANFIS) learning scheme to develop an intelligent controller. Experimental verifications are demonstrated for various loading conditions. The experimental results are also shown that the proposed control schemes achieve excellent tracking performance in speed control.

目錄

中文摘要 i
目錄 ii
表目錄 viii
圖目錄 xi
符號說明 xiv
第一章 緒論 1
1.1. 研究背景與動機 1
1.2. 文獻探討 2
1.3. 論文架構 6
第二章 原爬梯體能訓練機之設計 8
2.1. 本體機構設計 8
2.2. 安全裝置 12
2.2.1 鏈條軌道隱藏設計 12
2.2.2 鏈條斷裂感測 13
2.2.3 避免捲入之擋板設計 13
2.2.4 外線感測器 14
2.3. 爬梯訓練機系統架構之設計 15
2.3.1 動力傳動機構設計 15
2.3.2 主動模式機構設計 16
2.3.3 被動模式機構設計 17
2.3.4 主動模式流程控制 17
2.3.5 被動模式流程控制 18
2.4. 電控系統與PLC程式架構 19
2.4.1電控迴路設計 20
2.4.2 PLC程式架構 22
第三章 爬梯體能訓練機之主動模式系統改良架構 24
3.1. 系統架構與概念 24
3.2. 感測器裝置 25
3.3. PLC可程式控制器 27
3.4. Arduino控制板 28
3.5. 馬達系統 29
3.6. 爬梯體能訓練機系統通訊方式 30
3.6.1 RS-232通訊協定 30
3.6.2 PC與PLC通訊 31
3.6.3 PC與Arduino通訊 33
3.7. Labview程式介紹 35
3.7.1 前置面板(Front Panel) 35
3.7.2 程式方塊圖示(Block Diagram) 36
3.7.3 Fuzzy System Designer 37
3.8. 使用Excel計算RMS值 41
第四章 控制理論介紹 42
4.1. PID控制器 42
4.2. 模糊控制理論 43
4.2.1 模糊化(Fuzzifier) 44
4.2.2 模糊規則庫(Fuzzy Rule Base) 45
4.2.3 決策邏輯(Decision Making Logic) 46
4.2.4 模糊推論與解模糊化(Fuzzy Inference and Defuzzifier) 46
4.2.5 TSK模糊推論模式 47
4.2.6 ANFIS模糊推論系統 48
第五章 程式操作說明 51
5.1. 硬體部分 51
5.2. 軟體設定部份 51
5.2.1 程式碼的說明 51
5.2.2 人機介面 57
第六章 控制器之設計與實驗結果 59
6.1. 控制器設計 59
6.1.1 PID控制器 60
6.1.2 模糊控制器 62
6.2. 正弦波軌跡追蹤控制 68
6.2.1 馬達無負載與開迴路控制 68
6.2.2 馬達無負載與使用PID控制器 69
6.2.3 馬達無負載與使用Fuzzy控制器 70
6.2.4 馬達輕負載與開迴路控制 71
6.2.5 馬達輕負載與使用PID控制器 72
6.2.6 馬達輕負載與使用Fuzzy控制器 73
6.2.7 馬達重負載與開迴路控制 75
6.2.8 馬達重負載與使用PID控制器 76
6.2.9 馬達較重負載與使用Frzzy控制器 77
6.3. 步階波軌跡追蹤控制 78
6.3.1 馬達無負載與開迴路控制 78
6.3.2 馬達無負載與使用PID控制器 80
6.3.3 馬達無負載與使用Fuzzy控制器 81
6.3.4 馬達輕負載與使用開迴路控制 83
6.3.5 馬達輕負載與使用PID控制器 84
6.3.6 馬達輕負載與使用Fuzzy控制器 85
6.3.7 馬達較重負載與開迴路控制 87
6.3.8 馬達較重負載與PID控制器 88
6.3.9 馬達較重負載與Fuzzy控制器 89
第七章 結論與未來研究方向 92
7.1. 結論 92
7.2. 未來研究方向 93
參考文獻 95



參考文獻
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