基于LabVIEW的倒立摆控制系统设计 毕业论文

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1、本科毕业设计基于LabVIEW的倒立摆控制系统设计姓名学院信息与电气工程学院专业电气工程及其自动化年级学号指导教师2014年5月15日目录1引言22倒立摆系统组成和LABVIEW介绍22.1倒立摆系统组成22.1.1倒立摆分类22.2LABVIEW简介32.2.1LABVIEW控件的简单介绍43倒立摆系统的建模与分析53.1倒立摆系统的建模53.1.1倒立摆系统建模原理63.1.2系统状态空间模型73.1.3系统传递函数模型83.1.4系统的前面板和程序框图93.2LQR的分析与设计123.2.1LQR的建模123.2.2LQR的VI设计143.3基于LABVIEW的仿

2、真163.3.1VI的设计163.3.2VI的实时仿真194总结与展望224.1总结224.2展望23参考文献23致谢24基于LabVIEW的倒立摆控制系统设计摘要：倒立摆是一个高阶次、不稳定、多变量、非线性、强耦合系统，其原理是《现代控制理论》中最基本最具有代表性的原理[1]。本文采用LabVIEW8.5软件对倒立摆系统进行建模，建模采用牛顿受力分析定律，得到系统的状态空间模型、传递函数模型以及对系统的稳定性的分析。应用线性二次型最优控制算法（LQR)[2]控制系统的稳定性，最终实现了倒立摆控制系统的建模、计算、分析等计算机仿真过程,验证倒立摆控制系统设计的有效性。关

3、键词：倒立摆；LabVIEW；二次型最优控制算法;InvertedPendulumControlSystemDesignBasedonLabVIEWAbstract：Invertedpendulumisahigher,multivariateandnon-linearsystem,withcharacteristicsofinstabilityandclosecoupling.ItisthemostfundamentalandrepresentativeprincipleinTheoryofModernControl.ThispaperusesLabVIEW,acont

4、rolsimulationsoftwaredevelopedbyNI,tovisualizesimulation.Inordertoimplementmodeling,calculation,analysisandothercomputersimulationunderinvertedpendulum,itintroducescontrolsystemdesignofLabVIEW8.5.FirstbyusingNewton'smechanicstheory,modelingdemonstratesstatespacemodelandtransferfunctionmo

5、delofinvertedpendulumanditsstableanalysis.ThenthispaperusesLQR(LinearQuadraticRegulator)tocontrolthestabilityofthissystem.FinallyitintroducesLabVIEWtoimplementsimulationandverifythevalidityofinvertedpendulum.Keywords:invertedpendulum;LabVIEW;LQR.241引言谈到倒立摆系统我们并不陌生，在我们的接触当中，它由一个摆杆和小车构成。其工

6、作原理简单易懂：首先让小车做直线运动，此时摆杆开始摆动，一段时间后，加入控制力使摆杆保持稳定，处于倒立的状态。由于其原理是《现代控制理论》中最基本最具有代表性的原理，他是典型的不稳定、强耦合、多变量的系统，这种系统广泛的应用在物理模型，机器人控制模型和火箭发射对接模型中。他已经成为人们研究各种控制理论的基本理论。倒立摆的构成非常简单，形象又美观，控制参数简易，成本低廉，成为了大多数科研人员研究的对象。由NI公司开发的LabVIEW控制仿真软件，当它作为开发软件时，能够非常直观的观测出被控对象的变化曲线。正是因为倒立摆系统的广泛应用，加上其原理对于虚拟仪器模拟的相似性，比

7、如航天飞船的控制、医疗控制、电力生产的模拟控制、数字飞机控制、建筑工程控制等[1]，研究好其基本原理同实际问题的结合是当前世界各个国家科研人员所研究的的重点对象，在控制理论中它已经成为各国科研人员研究的经久不衰的课题。2倒立摆系统组成和LabVIEW介绍在LabVIEW的倒立摆控制系统设计中，控制部分在LabVIEW的前面板中都有所体现，根据倒立摆系统的组成对其控制系统建模，计算分析，仿真绘图的过程，最终验证系统的有效性。LabVIEW是由NI公司开发的控制仿真软件，将函数变为图形化，其简单直观，现在已经成为人们研究控制系统非常重要的软件