构成传统的机械性系统的最理想元器件有质量块、阻尼器和弹簧三部分。由这三部分组成的阻尼系统是在算法中最为经典、常见的机械系统,该系统可以应用于生活中的各个领域。例如在太空中的对接过程中,其设备的稳定性以及抗冲撞能力的大小都会对交接的结果产生直接的影响。综上所述,对弹簧阻尼系统的研究是很有必要的。本课题将利用自抗扰控制与PID控制算法实现对二级质量-弹簧-阻尼系统的稳定控制,并将实验平台应用到自控教学中,使教学过程中设备不再单一,实验更加直观。围绕该任务,本课题主要从以下几个方面展开研究。第一,广泛查阅了质量-弹簧-阻尼系统的相关资料,了解其结构特点,设计了二级质量弹簧阻尼系统的硬件结构,并分别采用拉格朗日建模法和机理建模的方法实现对其数学模型的建立,并对所建立的模型进行性能分析,证明该模型具有可控、可观测的特点。第二,构造了自抗扰控制器,实现对轨迹信号跟踪的微分器TD、状态观测器ESO以及非线性误差反馈控制器的设计;构造PID控制器并实现参数的整定,完成Simulink环境下的仿真实验,实验结果表明两种方案均可以实现系统的稳定控制,但与PID控制器相比,自抗扰控制器具有明显的控制优势。第三,搭建了系统的软件平台与硬件平台,通过LABVIEW实现上位机程序的运行,利用实验平台对该系统进行频域与时域分析;最后通过实验验证了所用控制算法的有效性。最后对本系统相关实验进行总结以及对后续实验工作的展望。