基于matlab(矩阵实验室)的倒立摆控制系统仿真

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1、基于MATLAB的倒立摆控制系统仿真基于MATLAB（矩阵实验室)的倒立摆控制系统仿真摘要自动控制原理（包括经典部分和现代部分）是电气信息工程学院学生的一门必修专业基础课，课程中的一些概念相对比较抽象，如系统的稳定性、可控性、收敛速度和抗干扰能力等。倒立摆系统是一个典型的非线性、强耦合、多变量和不稳定系统，作为控制系统的被控对象，它是一个理想的教学实验设备，许多抽象的控制概念都可以通过倒立摆直观地表现出来。本文以一级倒立摆为被控对象，用经典控制理论设计控制器（PID控制器）的设计方法和用现代控制理论设计控制器（极点配置）的设计方法，通过MATLAB仿真软件的方法来实现。关键

2、词：一级倒立摆PID控制器极点配置29基于MATLAB的倒立摆控制系统仿真InvertedpendulumcontrollingsystemsimulationbasedontheMATLABABSTRACTAutomaticcontroltheory(includingclassicalpartsandmodernparts)isacompulsoryspecializedfundamentalcourseofthestudentsmajoredinelectricalengineering.Someofthecurriculumconceptisrelativelyab

3、stract,suchasthestability,controllability,convergencerateandtheanti-interferenceabilityofsystem.Invertedpendulumsystemisatypicalnonlinear,strongcoupling,multivariableandunstablesystem.Itisanidealteachingexperimentalequipmentasacontrolledobject,bywhichmanyabstractcontrolconceptscanbecameout

4、directly.Thispaperchosefirst-orderinvertedpendulumasthecontrolledobject.First,thePIDcontrollerwasdesignedwithclassicalcontroltheory.Thenpole-assignmentmethodwasdiscussedwithmoderncontroltheory.Atlast,theeffectnessofthetwomethodswasverifiedbyMATLABsimulationsoftware.KEYWORDS:First-orderinve

5、rtedpendulumPIDcontrollerpole-assignment29基于MATLAB的倒立摆控制系统仿真目录摘要IABSTRACTII1绪论11.1倒立摆的控制方法11.2MATLAB/Simulink简介11.3主要内容12一级倒立摆12.1实验设备简介13直线一级倒立摆的数学模型13.1直线一级倒立摆数学模型的推导13.1.1微分方程模型13.1.2传递函数模型13.1.3状态空间数学模型13.2系统阶跃响应分析14直线一级倒立摆PID控制器设计14.1PID控制分析14.2PID控制参数设定及MATLAB仿真15直线一级倒立摆状态空间极点配置控制器设计

6、15.1状态空间分析15.2极点配置及MATLAB仿真16总结129基于MATLAB的倒立摆控制系统仿真致谢1参考文献129基于MATLAB的倒立摆控制系统仿真1绪论倒立摆起源于20世纪50年代，是一个典型的非线性、高阶次、多变量、强耦合、不稳定的动态系统，能有效地反映诸如稳定性、鲁棒性等许多控制中的关键问题，是检验各种控制理论的理想模型。很多被控对象都可以抽象成为倒立摆模型，在很多领域有着广泛的应用，如机器人，航天领域等。它不但是验证现代控制理论方法的典型实验装置，而且其控制方法和思路对处理一般工业过程亦有广泛的用途。倒立摆常规的控制算法如LQR在倒立摆的控制中已被广泛采

7、用，模糊控制作为一种智能控制的方法，在一定程度上模仿了人的控制，它不需要有准确的控制对象模型，作为一种非线性智能控制方法，已在多变量、时变、非线性系统的控制中发挥了重要的作用。人们已利用多种控制策略实现了一至四级倒立摆系统的稳定控制。对于倒立摆系统的稳定控制，具有重要的理论意义和重要的工程实践意义。事实上,人们一直在试图寻找不同的控制方法来实现对倒立摆的控制,以便检查或说明该方法对严重非线性和绝对不稳定系统的控制能力。1.1倒立摆的控制方法（1）线性理论控制方法将倒立摆系统的非线性模型进行近似线性化处理，获得系统在