毕业设计-二级倒立摆建模与仿真

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1、四川理工学院毕业设计（论文）二级倒立摆系统建模与仿真学生：学号：专业：自动化班级：自动化指导教师：四川理工学院自动化与电子信息学院—o—年六月摘要常规的P1D控制从理论上可以控制二级倒立摆，但在实际屮对P1D控制器参数的整定为一难点。本文针对二级倒立摆系统单输入三输出的不稳定系统，通过三冋路PID控制方案，来完成对倒立摆的控制。利用状态反馈极点配置的方法来对参数进行整定，解决PID参数整定的难点。然后借助于MATLAB巾的Simulink模块对所得的参数进行仿真，结果表明三回路HD控制是成功的，参数的有效性,也证实了这种参数整

2、定方法简单实用。并通过配置不同位置的极点，对其结果进行分析得到极点配置的最佳配置方案。关键词：倒立摆；PID；状态反馈；MATLABABSTRACTDoubleInvertedPendulumSystemModelingandSimulationConventionalPIDcontroltheorytocontroltheinvertedpendulum,butinpracticetheparametersofPIDcontrollertuningisadifficult.Inthispaper，doubleinverted

3、pendulumsystem,theinstabilityofsingle-inputthree-outputsystem，throughthethree-loopPIDcontrolprogramtocompletetheinvertedpendulumcontrol.PoleplacementusingstatefeedbackapproachtosettingtheparameterstoresolvethedifficultiesPIDparametertuning.WithMATLABandSimulinkinthe

4、moduleparametersobtainedfromsimulationresultsshowthatthethree-loopPIDcontrolissuccessful，theeffectivenessoftheparameters,butalsoconfirmsthistuningmethodissimpleandpractical.Differentlocationsthroughthepoleconfiguration,theresultsweretooextremeconfigurationofthebestc

5、onfiguration.Keywords:pendulum；PIDcontrol；statefeedback；MATLAB目录摘•sIABSTRACTII第1章弓I言11.1倒立摆研究的目的及意义11.2倒立摆的发展史和研究现状21.3本文的主要工作4第2章倒立摆的建模52.1二级倒立摆的简介及物理模型52.2二级倒立摆计算机控制系统结构52.3二级倒立摆的数学模型62.4根据牛顿力学、刚体动力学列写二级倒立摆的数学模型7第3章控制策略的选择123.1MATLAB简介123.2该系统的能控、能观及稳定性的分析153.2.1系

6、统的能控性153.2.2系统能观性173.2.3系统的稳定性173.3确定控制策略183.4控制器参数整定方法183.5通过状态反馈极点配置法来整定参数20第4章计算机仿真及结果分析234.1Matlab下Simulink模块简介234.2在Simulink卜的仿真244.3对仿真结果的分析31第5章结束语33gSti射34参考文献35第1章引言1.1倒立摆研究的目的及意义在控制理论发展的过程中，一种理论的正确性及在实际应用中的可行性，往往需要一个典型对象来验证，并比较各种控制理论之间的优劣，倒立摆系统就是这样的一个可以将理论

7、应用于实际的理想实验平台。倒立摆的典型性在于:作为实验装置，它木身具有成木低廉、结构简单、便于模拟、形象寅观的特点。作为被校对象，它是一个高阶次、不稳定、多变量、非线性、强耦合的复杂被控系统，可以宥效地反映出控制中的许多问题。作为检测模型，该系统的特点与机器人、飞行器、起重机稳钩装置等的控制冇很大的相似性。也是n常生活中所见到的任何重心在上、支点在下的控制问题的抽象。根据倒立摆系统的类型分，有以几类：平而摆、y•行式倒立摆、柔性摆、球y•衡式倒摆和悬挂式倒立摆系统；根据倒立摆的运动轨道可以分为水平式和倾斜式的两种；根据倒立摆的

8、级数可以分为：一级倒立摆、二级倒立摆、三级倒立摆和多级倒立摆。日常生活屮，有很多控制问题和倒立摆有很大的相似性，如卫星发射架的稳定控制、火箭姿态控制、飞机安全着陆、机器人双足行走机构、海上钻井平台的稳定控制等等诸多重心在上，支点在下的控制问题；对现代控制理论教学来说，倒立摆模