倒立摆控制系统设计

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1、毕业设计倒立摆控制系统设计学生姓名：专业班级：自动化2012级1班指导教师：教授工程师学院：机电工程学院2016年6月倒立摆控制系统设计摘要倒立摆是一种复杂、时变、非线性、强耦合、自然不稳定的高阶系统，许多抽象的控制理论概念都可以通过倒立摆实验直观的表现出来。本文对单级倒立摆系统的平衡控制问题进行了研究，分别采用根轨迹法、PID法、频域特性法这三种方法实现了单级倒立摆系统的平衡控制。实际的写作及操作如对直线型单级倒立摆进行数学模型建立，通过仿真的根轨迹图表明原系统不稳定，需要设计相应的控制器进行

2、校正。三种校正方法都利用MATLAB通过人机界面调用，以完成离线的仿真，进而利用图形化的Simulink作为控制前台基于RTW完成实时控制，在线调整参数就针对直线单级倒立摆系统摆杆的平衡控制应用P1D法，通过根轨迹法依次确定比例、积分、微分的个参数后仿真；运用根轨迹法设计控制器和频域法设计针对摆杆的平衡和小车位置的控制器，然后进入在线实时控制，根据实际控制效果调整控制器参数。将所设计的控制器分别在实际的物理设备上进行实时控制实验，都成功地实现了倒立摆的平衡控制。关键词　倒立摆；PID系统；根轨迹

3、；频域特性DesignofinvertedpendulumcontrolsystemAbstractInvertedpendulumisacomplex,time-varying,nonlinear,strongcoupling,naturalinstabilityofhighordersystems,manyoftheabstractcontroltheorycanbeshownthroughtheinvertedpendulumexperiment.Inthispaper,thebalanc

4、econtrolofsingleinvertedpendulumsystemisstudied,andthebalancecontrolofsinglestageinvertedpendulumsystemisachievedbyusingthethreemethods,rootlocusmethod,PIDmethodandfrequencydomainmethod.Theactualwritingandoperation,suchasthelinearsingleinvertedpendul

5、ummathematicalmodelisestablished,throughthesimulationoftherootlocusdiagramoftheoriginalsystemisnotstable,needtodesignthecorrespondingcontrollerforcorrection.ThreecorrectionmethodsaretheuseofMATLABthroughtheman-machineinterface,tocompletetheoff-linesi

6、mulation,thentheSimulinkgraphicalasfrontcontrolbasedonRTWreal-timecontrol,onlineparameteradjustmentisforlinearsingleinvertedpendulumsystempendulumpolebalancingcontrolP1Dmethodisapplied,bytherootlocusmethodinordertodeterminetheproportion,integralanddi

7、fferentialparameterssimulation;theuseofrootlocusmethodcontrollerdesignandfrequencydomainmethodofdesignforthependulumrodbalanceandthecartpositioncontroller,andthenentertheonlinereal-timecontrol,accordingtotheactualcontroleffecttotunetheparametersofthe

8、controller.Thedesignedcontrollerisimplementedinrealtimecontrolexperimentsontheactualphysicalequipment,andthebalancecontroloftheinvertedpendulumissuccessfullyachieved.Keywords　InvertedPendulum；PIDControl；RootLocus；FrequencyCharacteristic目录摘要Abstract目录