基于视觉检测的板球系统控制研究-控制工程专业论文.docxVIP

内蒙 内蒙古科技大学硕士学位论文 I III plate system, in order to improve the processing speed of visual inspection, and finally decided to use the maximum method for graying instead of the average method of the original system; the third chapter of the papper not only makes the mathematical model under the ideally condition, but olso introduces the related concepts of LQR algorithm, pole assignment algorithm and fuzzy control algorithm, and study the respectiveuse of these algorithms in the system; the forth chapter of the papper proceeded the operation test of various control schemes, the running results show that it can improve the performance of the ball plate system by combining the maximum value method of graying with fuzzy control mathod. Key words：ball plate system; visual inspection; the maximum method; LQR algorithm; pole assignment algorithm; fuzzy control algorithm; - - PAGE 1 - 目录 摘 要 I Abstract II 目录1 1 绪论3 1.1 论文研究的背景及意义3 1.1.1 视觉检测技术的研究背景 3 1.1.2 控制算法的研究背景 4 1.2 国内外研究现状 5 1.2.1 板球系统的国外研究现状 5 1.2.2 板球系统的国内研究现状 7 1.3 实验平台介绍 9 1.4 本课题的研究目的及主要内容 11 2 板球系统视觉检测技术研究13 2.1 灰度化处理 13 2.2 灰度图像的优化 16 2.3 图像二值化 16 2.4 小球识别与定位 18 2.4.1 轮廓提取 18 2.4.2 图像识别和小球定位 19 2.5 本章小结20 3 板球系统的控制方法研究 22 3.1 板球系统数学建模 22 3.2 板球系统的 LQR 控制 25 3.2.1 LQR 控制简介 25 3.2.2 LQR 控制仿真模型的建立 27 3.2.3 LQR 控制仿真结果 28 3.3 板球系统的极点配置控制研究 30 3.3.1 极点配置法简介30 3.3.2 极点配置法的仿真模型的建立31 3.3.3 极点配置仿真结果 31 3.4 板球系统的模糊控制研究 33 3.4.1 模糊控制简介33 3.4.2 模糊控制仿真模型的建立 35 3.4.3 模糊控制仿真结果 37 3.5 本章小结39 4 板球系统运行检验 40 4.1 板球系统的操作界面40 4.2 板球系统运行轨迹对比40 4.2.1 最大值法灰度化运行效果 41 4.2.2 极点配置算法运行效果 42 4.2.3 模糊控制算法运行效果 44 5 工作总结 48 参考文献 49 附录 板球系统模糊控制 C 语言程序 54 在学研究成果 59 致谢60 1 绪论 板球系统是一个典型的多变量、非线性、强耦合的控制系统，是球杆系统的二维扩 展[1,2]。板球系统是一个通过触摸屏或者摄像头捕捉小球位置信息，通过电机转动平板的 倾斜角度，从而控制小球运动轨迹的实验研究设备。对板球系统的研究，不仅可以延伸 到自动控制算法、机器视觉等研究领域，其理论成果还可以广泛应用于工业、农业、航 天等实际工程应用当中。作为自动化领域的一个非常重要的基础研究项目，它不仅有助 于学生们更好地理解大学期间学到的控制理论知识，也为后续科研奠定了坚实的根基。 1.1 论文研究的背景及意义 伴随着现代高科技的快速发展，将控制理论、软件和机械电气等硬件平台结合起 来，成为了当今工业发展的新方向，使我们从诸多繁琐重复的工作中解脱出来。为此， 科学家们不断对生产自动化领域进行深入研究，得到了诸多理论成果。其中，蕴含了视 觉检测技术和控制算