直线一级倒立摆控制方法研究

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1、洛阳理工学院毕业设计（论文）直线一级倒立摆控制方法研究摘要倒立摆是机器人技术、控制理论、计算机控制等多个领域、多种技术的有机结合，其被控系统本身又是一个绝对不稳定、高阶次、多变量、强耦合的非线性系统，可以作为一个典型的控制对象对其进行研究。本次设计采用了两种控制倒立摆的方法，即利用PID控制、最优控制LQR控制对直线一级小车倒立摆进行控制，首先对PID控制器、最优控制LQR控制进行了简要的理论分析，最后利用matlab工具对以上控制系统进行了仿真，其结果表明以上控制方法可行且效果明显。PID控制具有结构简单、易于实现以及具有较强的适应性和鲁棒性，并且可以获

2、得良好的动态性能和稳态性能。最优控制LQR控制的实验结果表明，该方法响应速度快、超调小，优化获得的参数使实际控制稳定，证实了该方法的有效性和实用性。关键词：PID控制，最优控制，倒立摆，matlab7洛阳理工学院毕业设计（论文）LINEARINVERTEDPENDULUMCONTROLMETHODABSTRACTInthispaper,twokindsofmethodareusedtocontroltheinvertedpendulum.NamelyweusePIDcontrol,optimalcontrolLQRcontroltocontrolaninv

3、ertedpendulum,andPIDcontrollers,optimalcontrolLQRcontrolarebrieflytheoreticalanalysed,thelastweusetoolofmatlabtosimulateabovecontrolsystem,theresultsshowthattheabovecontrolmethodisfeasibleandtheeffectisobvious.PIDcontrolhasasimplestructurewhichiseasytoimplementandithasstrongadapta

4、bilityandrobustnessandcanobtaingooddynamicperformanceandstaticperformance.controlresultsofoptimalcontrolLQRshowthatitcanproducethefastresponse,smallovershootandoptimizetheparametersoftheactualcontrolofaccesstostable.themethodwhichhasbeenconfirmediseffectiveandpractical.KEYWORDS:In

5、vertedpendulum,PIDcontrol,optimalcontrolLQR,matlab7洛阳理工学院毕业设计（论文）目　录前　言1第1章倒立摆系统21.1倒立摆的简介21.2倒立摆的分类31.3倒立摆的特性51.4控制器的设计方法61.5倒立摆系统研究的背景及意义61.6直线倒立摆控制系统硬件框图8第2章倒立摆的数学模型92.1数学模型概述92.2拉格朗日建模法92.3倒立摆系统参数112.4实际数学模型12第3章MATLAB工具软件133.1MATLAB简介133.2SIMULINK仿真143.3SIMULINK仿真建模方法15第4章PID

6、控制174.1PID控制简述174.2国内外的研究现状和发展趋势184.3PID控制器设计204.4PID控制器参数的整定21第5章直线一级倒立摆的PID控制225.1直线一级倒立摆的PID控制Simulink仿真225.2直线一级倒立摆的PID仿真程序255.3直线一级倒立摆的PID实时控制26第6章直线一级倒立摆LQR控制296.1线性二次最优控制LQR基本原理及分析297洛阳理工学院毕业设计（论文）6.2LQR控制参数调节及仿真306.3直线一级倒立摆LQR控制simulink仿真326.4直线一级倒立摆LQR控制34结论37谢辞38参考文献39附录

7、41外文资料翻译45MATLAB45MATLAB简介517洛阳理工学院毕业设计（论文）前　言倒立摆是进行控制理论研究的典型实验平台。由于倒立摆系统的控制策略和杂技运动员顶杆平衡表演的技巧有异曲同工之处，极富趣味性，而且许多抽象的控制理论概念如系统稳定性、可控性和系统抗干扰能力等等，都可以通过倒立摆系统实验直观的表现出来，因此在欧美发达国家的高等院校，它已成为必备的控制理论教学实验设备。学习自动控制理论的学生通过倒立摆系统实验来验证所学的控制理论和算法，非常的直观、简便，在轻松的实验中对所学课程加深了理解。迄今，人们已经利用古典控制理论、现代控制理论以及各种

8、智能控制理论实现了多种倒立摆系统的控制。倒立摆系统的控制方法在军工