一级倒立摆系统0

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1、HunanInstituteofScienceandTechnology题目：一阶倒立摆系统的控制器设计学院：信息与通信工程学院指导老师：涂兵老师专业：自动化班级：11级自动化2Bf学号：14112101440姓名：魏龙序号：27课程设计指导教师评定成绩表项目分值优秀（100>x彡90）良好（90>x彡80）中等（80〉x彡70）及格（70>x彡60）不及格（x<60>评分参考标准参考标准参考标准参考标准参考标准学习态度15学》态度认真，科学作风严滿，严格保证设计吋间并按任务书中规定的进度歼展各项工作学》

2、态度比较汄真，科学作风&好，能按期圆满完成任务书规定的任务学>』态度尚好，遵守组织纪徘，基本保证设计时间，按期完成各项工作学》态度尚可，能遵守组织纪律，能按期完成任务学虎，纪律涣散，工作作风不严谨，不能保证设计时间和进度技术水平与实际能力25设计合理、理论分析与计算正确，实验数据准确，有很强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献杏阅能力强、引用合理、调査调研非常合理、可信设计合理、理论分析与计算正确，实验数据比较准确，苻较强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献引用、调査调研比较合

3、理、可信设计合理，理论分析与计算基本正确，实验数据比较准倘，有一定的实际动手能力，主耍文献引用、调査调研比较可信设计基本合理，理论分析与计筇无人错，实验数据无大错设计不合理，理论分析与计算有原则错误，实验数据不可命，实际动手能力差，文献引用、调杏调研有较大的问题创新10有重大改进或独特见解，冇一定实川价值有较大改进或新颖的见解，实用性尚可有一定改进或新的见解有一定见解观念陈旧论文｛计算书、图纸）撰写质虽50结构严谨，逻辑性强，层次淸晰，语言准确，文字流畅，完全符合规范化耍求，书写工整或用计算机打印成文；图

4、纸非常工整、淸晰结构合理，符合逻辑，文章层次分明，语言准确，文字流畅，符合规范化耍求，书写工整或用计算机打印成文；图纸工整、淸晰结构合理，层次较为分明，文理通顺，基本达到规范化耍求，书写比较工整；图纸比较工整、淸晰结构基本合理，逻辑基本淸楚，文字尚通顺，勉强达到规范化耍求；图纸比较工整iAj容空泛，结构混乱，文字表达不淸，错别字较多，达不到规范化要求；图纸不工整或不淸晰指导教师评定成绩：指异教师签名：年月u一级倒立摆系统引言随着科学技术的迅速发展，新的控制方法不断出现，倒立摆系统作为检验新的控制理论及方法

5、宥效性的重耍实验手段得到广泛研究。本文选取平曲一级倒立摆系统作为研究对象，进行了针对多变量复杂系统的智能控制方法。倒立摆系统是一种绝对不稳定、高阶次、多变量、强耦合的非线性系统，是控制理论研究屮理想的实验对象，它为控制理论的教学、实验和科研构建了一个良好的实验平台，促进了控制新理论和新思想的发展。因为对倒立摆系统的控制可以比较真实地模拟火箭的飞行控制和步进机器人的稳定控制等,所以对倒立摆系统进行深入研究具有很重要的理论和实际意义。目前，PID控制应用最广，这不仅仅是因为PID控制结构简单、易于实现，而且更

6、重要的是因为PID适合于大多数控制对象。在一些发达网家（如日木｝,PID控制的使用率也达85.4%。PID控制器实现11综合了关于系统过去（I）、现在（P）和未来（D＞三方面的信息，对动态过程无需太多的预测知识，鲁棒性强,控制效來令人满意。采用不同的PID参数，控的效果大不相同，系统的闭环特性很大程度上取决于PID控制器的性能，因此控制器参数的调节和优化决定着PID控制系统最终能达到的控制性能，也是PID控制系统研究中十分重要并有实践意义的领域。1、:学模型的建立系统建模可以分为两种：机理建模和实验建模。

7、对于倒立摆系统，由于其本身是自不稳定的系统，实验建模存在一定的困难。机理建模就是在了解研究对象的运动规律基础上，通过物理、化学等学科的知识和数学手段建立起系统内部变量、输入变量以及输出变量之间的数学关系。1.1模型的受力分析在忽略了空气流动，各种摩擦之后，可将倒立摆系统抽象成小车和匀质杆组成的系统，如下图所示。我们在本次试验中定义如下变量:M小车质量1.096Kgm摆杆质量0.109Kgb小车摩擦系数0.1N/m/secI摆杆转动轴心到杆质心的长度0.25mI摆杆惯量0.0034kg*m*mF加在小车上的

8、力x小车位置0摆杆与垂直方向的夹角下面我们对这个一级倒立摆系统作受力分析，如下图所示N和P是小车与摆杆相互作用力的水平和垂直方向的分量•biRiclm舰•1.3小车及摆杆受力分1.2模型的数学分析图1.4小车受力模型应用Newton方法来建立系统的动力学方程过程如下:分析小车水平方向的合力，可得到以下方程：Mx=F-bx-N由摆杆水平方向的受力进行分析可以得到下面等式:N=m——-(x+lsin&^dx‘即N=rax+mlOc