毕业设计（论文）-基于matlab的一级倒立摆控制器设计与仿真

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1、山东科技大学学士学位论文绪论摘要倒立摆系统是一个典型的多变量、非线性、强耦合和快速运动的高阶不稳定系统，它是检验各种新型控制理论和方法有效性的典型装置。近年来，许多学者对倒立摆系统进行广泛地研究。本文研究了直线一级倒立摆的控制问题。首先阐述了倒立摆系统控制的研究发展过程和现状，接着介绍了倒立摆系统的结构并详细推导了一级倒立摆的数学模型。本文分别用极点配置、LQR最优控制设计了不同的控制器，极点配置法通过设计状态反馈控制器将多变量系统的闭环系统极点配置在期望的位置上，从而使系统满足要求的瞬态和稳态性能指标。最优控制理论主要是依据庞特里亚金的极值原理，通过对性能指标的优化寻找可以

2、使目标极小的控制器。若取状态变量的二次型函数的积分做为系统的性能指标，则称为线性系统二次型性能指标的最优控制。通过比较和MATLAB仿真，验证了所设计的控制器的有效性、稳定性和抗干扰性。关键词：单级倒立摆；MATLAB；控制器设计；极点配置；LQR43山东科技大学学士学位论文绪论ABSTRACTInvertedpendulumisatypicalmulti-variable,non-linear,strongcouplingandrapidmovementofhigh-endsysteminstability,Itistestingvariousnewcontroltheor

3、yandmethodsoftheeffectivenessofthetypicaldevices.Inrecentyears,manyscholarsoftheinvertedpendulumextensivestudy.Inthispaper,astraighttwoinvertedpendulumcontrolproblem.Firstontheinvertedpendulumcontrolofthedevelopmentprocessandthestatusquo,thenintroducedtheinvertedpendulumsystemandthedetailed

4、structureofthetwoinvertedpendulumisderivedamathematicalmodel.Inthispaper,withpoleplacement,LQRoptimalcontroldesignadifferentcontroller,BycomparingandMATLABsimulation,verifiedtheeffectiveness,stabilityandanti-jammingofthecontroller.Pole-zeroconfigurationcanconfiguretheclosed-loopsystempoleso

5、fmulti-variablesysteminthedesiredposition,bydesigningofthestatefeedbackcontroller，sothattomakethesystemmeetstherequirementsofthetransientandsteadystateperformanceindicators.OptimalcontroltheoryismainlybasedonthePontryaginmaximumprinciple,bytheoptimizationoftheperformanceindicatorstofindthem

6、inimalgoalofthecontroller.Iftakingtheintegralofthequadraticfunctionofstatevariablesasthesystemofperformanceindicators,calledtheasthelinearquadraticperformanceindexofoptimalcontrol.Keywords:SinglestageInvertedpendulum;MATLAB;Controllerdesign;Zero-pole;LQR43山东科技大学学士学位论文绪论目录摘要1ABSTRACT21绪论11.1

7、控制理论的发展11.2倒立摆系统简介及其研究意义11.3倒立摆研究的发展现状及其主要控制方法21.4研究目标32直线一阶倒立摆数学模型的建立52.1倒立摆系统的物理结构与建模52.2系统参数设定82.3系统能控性与能观性93极点配置控制方案的设计103.1极点配置理论103.2极点配置算法113.3极点配置控制方案的设计124线性二次型最优控制(LQR)方案的设计164.1最优控制的起源和发展164.2线性二次型最优控制原理164.3最优控制矩阵的设计195控制系统的MATLAB仿真235.1MATLA