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1、湖南科技大学本科生毕业设计（论文）摘要倒立摆是处于倒置不稳定状态、通过人为控制使其处于动态平衡的一种摆，是一个复杂的快速、非线性、多变量、强耦合、自然不稳定系统，是重心在上、支点在下控制问题的抽象。本篇论文正文内容共分为四大章节。第一步介绍了倒立摆的概念、分类、课题背景以及目前的发展研究状况；第二步针对一阶单轴倒立摆进行数学建模，求得状态空间方程；第三步针对一阶倒立摆的运动系统进行了稳定性、能观性、能控性的研究分析，结论是小车倒立摆是一个不稳定的可观可控可稳定控制的运动系统；第四步利用了极点配置法、PID原理
2、控制法针对小车倒立摆系统进行了控制方案设计。过程中利用到了Matlab仿真技术，表示出两种方法的控制效果。本论文的研究对象相对典型完整，整个研究过程中我以理论为基础，数学建模为指导，课本方法为手段，并以实验仿真做结论。内容比较充实完整。关键词：倒立摆数学建模极点配置PID原理Matlab仿真33湖南科技大学本科生毕业设计（论文）ABSTRACTTheinvertedpendulumisintheinvertedunstablestate,bytheartificialcontrolofthedynamicba
3、lanceofapendulum,isacomplex,nonlinear,multivariablefast,strongcoupling,naturalinstabilitysystem,isthecenterofgravityinpivotundercontrol,theabstract.Inthispaper,thecontentofthetextisdividedintofourchapters.Firstintroducedtheconceptoftheinvertedpendulum,class
4、ification,researchbackgroundandcurrentdevelopmentresearchstatus;secondaccordingtothefirstordersingleinvertedpendulummodel,obtainedthestatespaceequation;foraninvertedpendulummotionsystemstability,observability,controllabilityanalysis,theconclusionisinvertedp
5、endulumisanunstableconsiderablecontrolstabilitycontrolsystem;fourth,usingthemethodofpoleplacement,theprincipleofPIDcontrolmethodforinvertedpendulumcontrolschemedesignfor.IntheprocessofusingtheMatlabsimulationtechnology,showthetwomethodsofcontroleffect.There
6、searchobjectofthisthesisisrelativelytypical,throughoutthecourseofstudyIisbasedonthetheory,fortheguidanceofmathematicalmodeling,thetextbookmethod,andthesimulationconclusion.Moresubstantialcontentintegrity.Keywords:invertedpendulummathematicalmodelingofpoleas
7、signmentprincipleofPIDMatlabsimulation33湖南科技大学本科生毕业设计（论文）目录第一章前言41.1倒立摆控制系统的种类41.1.1倒立摆系统的控制机理51.1.2倒立摆系统的特性51.2课题背景61.3课题的研究意义61.4国内外研究现状71.4.1针对倒立摆的理论研究7第二章一阶单轴倒立摆建模112.1数学建模112.2传递函数132.3状态空间方程142.4本章小结16第三章直线一级倒立摆系统的性能分析173.1稳定性173.1.1稳定性的基本概念173.2能控性19
8、3.3能观性193.4本章小结19第四章一阶单轴倒立摆控制设计方案204.1单轴倒立摆极点配置法稳定控制204.1.1极点配置的概念及条件204.1.2系统控制方案204.1.3极点配置214.1.4状态反馈控制器仿真234.2单轴倒立摆PID稳定控制244.2.1PID控制的原理和特点244.2.2PID控制器结构264.2.3参数整定264.3PID控制的仿真284.4本章小结29第五章结论30
