球杆系统内模PID控制：提高稳定性和鲁棒性的设计与验证

本文主要探讨了球杆系统的内模PID控制方法，针对开环不稳定的特点，作者提出了一种创新的控制器设计策略。首先，通过对球杆系统的机理分析，作者构建了系统的数学模型，特别关注了其中的积分环节，这是控制系统稳定性的重要组成部分。在理解了系统特性后，作者引入了内模控制（Internal Model Control, IMC）理论，这是一种有效的控制器设计技术，它能够嵌入系统模型的内在动态特性，增强控制器的适应性和鲁棒性。 在内模控制原理的基础上，作者设计了一种新的内模PID控制器，与传统的PID控制器相比，这种控制器简化了参数调整，只需要一个可调参数，这使得整定过程更加便捷。这种设计方法的优势在于它能够提供良好的动态性能，使小球能够快速而稳定地达到目标位置，同时展现出很强的抗扰动能力，对于系统稳定性有显著提升。 球杆系统作为控制理论教学和研究中的经典实验平台，已经吸引了众多学者的研究。尽管存在如滑模变结构控制、模糊控制等多种控制方法，但它们在处理高采样频率下的系统抖振问题时可能存在局限。内模PID控制器的提出，弥补了这些方法的不足，尤其是在规则不易确定和计算复杂度高的模糊控制中找到了更优解决方案。 本文的工作得到了山某某基金项目的资助，研究成果于2012年11月29日收到初稿。通过仿真分析和实际实验验证，作者证明了内模PID控制器的有效性和实用性，为球杆系统的控制性能优化提供了新的视角和技术手段，对于提高基础控制课程的教学效果和推动控制领域的科研发展具有重要意义。