matlab-simulink的倒立摆系统控制设计与仿真开题报告

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1、.毕业论文(设计)开题报告题目基于Matlab-simulink的倒立摆系统控制设计与仿真学生姓名学号院系滨江学院自动控制系专业自动化指导教师二Ｏ一三年四月三日毕业论文（设计）开题报告....1．本课题的目的及研究意义倒立摆是一个在学术界备受关注的重点研究的高阶次系统，另外，他还是一个具有多变量、强耦合和绝对不稳定特性的非线性系统。它能在倒立摆的控制过程中有效反映像随动性、可镇定性、鲁棒性以及跟踪行等许多的核心问题。正是由于此系统是一个非线性系统，在控制领域中，也受到很多研究者的重视。此外，无论几级的倒立摆，在高校的实践教学中，也体现出

2、了他们各自的价值。它不仅可以作为实验性设备，而且可以还是一个有代表性的数学模型。当我们队此系统进行研究解析之后，很多控制界的问题得以解决，这些一直困扰研究者的理论问题和实践上遇到的技术问题。它能够把电学、力学和数学联系到一起，共同运用到这个系统中。这样可以把学生课堂上所学的理论知识能够应用到实际的控制当中，这大大提高了教学质量。诸多特性，使他在国际界备受重视。倒立摆系统被人们用来验证试验研究的对象，曾被认为是最佳的理论方法，广泛应用于机器人学、伺服控制、航天、军工等领域，因而研究倒立摆系统不仅具有很强的理论意义，而且它又具有很强的工程意

3、义。众所周知，自然界的许多系统都不稳定的，其中最具有代表性的就是本文研究地倒立摆系统，我的目的就是选择一个行之有效的控制方法来设计一个控制器，使不稳定的二级倒立摆受控对象变成一个趋于稳定的控制系统。到目前为止，已涌现出来各种各样的控制算法，比如模糊、神经网络、状态反馈、自适应、PID以及变结构等，他们都各自展现了其特有的控制能力。本文采用模糊PID控制，实现对二级旋转倒立摆的稳定性进行有效控制。2．本课题的国内外的研究现状早在20世纪60年代，人们就开始了对倒立摆系统的研究。1966年Schacfer和Cannon应用Bang-Bang

4、控制理论，将一个曲轴稳定于倒置位置。到了20世纪60年代后期，倒立摆作为一个典型不稳定、非线性的例证被提出。自此，对于倒立摆系统的研究便成了控制界关注的焦点。倒立摆的种类很多，有悬挂式倒立摆、平行倒立摆、环形倒立摆、平面倒立摆；倒立摆的级数可以是一级、二级、三级、四级乃至多级；倒立摆的运动轨道可以是水平的，还可以是倾斜的(这对实际机器人的步行稳定控制研究更有意义)；控制电机可以是单电机，也可以是多级电机。目前有关倒立摆的研究主要集中在亚洲，如中国的北京师范大学、北京航空航天大学、中国科技大学；日本的东京工业大学、东京电机大学、东京大学；

5、韩国的釜山大学、忠南大学，此外，俄罗斯的圣彼得堡大学、美国的东佛罗里达大学、俄罗斯科学院、波兰的波兹南技术大学、意大利的佛罗伦萨大学也对这个领域有持续的研究。近年来，虽然各种新型倒立摆不断问世，但是可自主研发并生产倒立摆装置的厂家并不多。目前，国内各高校基本上都采用香港固高公司和加拿大Quanser公司生产的系统；其它一些生产厂家还包括（韩国）奥格斯科技发展有限公司（FT-4820型倒立摆）、保定航空技术实业有限公司；最近，郑州微纳科技有限公司的微纳科技直线电机倒立摆的研制取得了成功。倒立摆的研究具有重要的工程背景：(1)机器人的站立与

6、行走类似双倒立摆系统，尽管第一台机器人在美国问世至今已有三十年的历史，机器人的关键技术——机器人的行走控制至今仍未能很好解决。....(2)在火箭等飞行器的飞行过程中，为了保持其正确的姿态，要不断进行实时控制。(3)通信卫星在预先计算好的轨道和确定的位置上运行的同时，要保持其稳定的姿态，使卫星天线一直指向地球，使它的太阳能电池板一直指向太阳。(4)侦察卫星中摄像机的轻微抖动会对摄像的图像质量产生很大的影响，为了提高摄像的质量，必须能自动地保持伺服云台的稳定，消除震动。(5)为防止单级火箭在拐弯时断裂而诞生的柔性火箭(多级火箭)，其飞行姿

7、态的控制也可以用多级倒立摆系统进行研究。由于倒立摆系统与双足机器人，火箭飞行控制和各类伺服云台稳定有很大相似性，因此对倒立摆控制机理的研究具有重要的理论和实践意义。鲁棒控制是自动控制领域20世纪末最重要的研究结果之一。简单地说鲁棒控制处理的是不确定性对象，这种不确定性包括外部扰动、模型参数变化未建模动态(即模型与实际系统差异)、执行器的误差等等。鲁棒控制算法在倒立摆中的应用，尽管这方面的研究工作还没有充分展开，但从已有的一些研究成果不难推断出，鲁棒控制方法是解决倒立摆这一对象非线性、复杂性和不确定性的一种工具。鲁棒控制的发展方向是面向不

8、确定性的研究对象，如何将其研究成果与实际应用相结合，解决不确定系统的控制问题，或使已有的控制系统具有更强的鲁棒性，这是一项艰巨而复杂的工作。倒立摆是一个验证理论的正确性及实际应用中的可行性的典型对象。通过将