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1、基于极点配置法的直线一级倒立摆的控制器设计姓名：学号：专业：控制工程基于极点配置法的直线一级倒立摆的控制器设计摘要倒立摆系统是一种典型的多变量、非线性、强耦合和快速运动的自然不稳定系统。在对该系统的控制过程中能反映出许多控制理论中的关键问题，如跟踪问题、鲁棒性问题、非线性问题以及镇定问题等。对倒立摆系统的研究在控制理论方面和工程应用方面意义深远，与此相关的科研成果已经成功地应用到航天科技控制和机器人学等诸多领域。本文首先介绍了倒立摆的系统特性、分类方式、系统控制研究的发展趋势和现状及其控制方法。接着利用牛顿力学的分析推
2、导出直线一级倒立摆的数学模型，得岀相应的传递函数以及写出其状态空间表达式。在此基础上，本文先采用PID控制和极点配置法对一级倒立摆系统进行控制，分别设计出PID控制器和极点配置控制器，搭建仿真框图，然后通过MATLAB对两种控制算法的效果进行仿真。关键词：倒立摆，PID控制，极点配置，MATLAB/SIMULINKDesignoftheLinear1-stageInvertedPendulumControllerBasedontheTheoryofpoleAuthor：ChaiHaibinTutor：GuanShoup
3、ingAbstractInvertedpendulumsystemismultivariable,nonlinear,strong-coupling,fast-movingandinstabilitytypically.Inthecontrolprocess,manyofthepivotalquestionsincontroltheorycanbereflected,suchastrackingquestion,robustquestion,nornlinearproblemaswellascalmquestionan
4、dsoon.TheresearchesonInvertedPendulumsystemintheoryandengineeringapplicationshasfar-reachingsignificanee.Theinterrelatedresearchhasbeenalreadyappliedtosomanyfieldslikeastronauticsscieneeandrobotics・Thesystemcharacters,classification,controlmethods,theprogressoft
5、heresearchonInvertedPendulumcontrolanditsstatushavebeentalkedaboutinthisdissertationfirstly.Inthenextplace,themathematicalmodelofthelinear1-stageInvertedPendulumhasderivedfromthemeansofNewtonmechanics,thenitscorrespondingtransferfunctionexpressionandstatespacere
6、presentationhavebeenobtained・Onthisbasis,thedissertationadoptsthePIDcontrolandpoleplacementmethodforcontrollingthelinear1-stageInvertedPendulumatfirst.PIDcontrollerandpoleplacementcontrollerweredesigned.Thenbuildthesystemsimulationdiagram,andtheeffectsoftwocontr
7、olalgorithmsarepresentedbyMATLAB・KeyWords：invertedpendulum,PIDcontrol,poleassignment,Matlab/Simulink引言11PID控制与极点配置法简介21.1PID控制的基本原理21.2基于状态反馈的极点配置理论32直线一级倒立摆的数学模型42.1一级倒立摆系统的数学模型的建立42.2一级倒立摆系统的性能分析72.2.1系统稳定性的分析72.2.2系统能控性和能观性的检验83直线一级倒立摆系统的控制93.1一级倒立摆的PID控制93.1
8、.1PID控制器的设计93.1.2PID控制器的参数整定93.1.3PID控制仿真分析103.2一级倒立摆极点配置控制器的设计113.2.1一级倒立摆极点配置的算法123.2.2一级倒立摆极点配置的仿真与分析13结论15参考文献16引言倒立摆系统的控制问题是经典的控制方面的问题，针对倒立摆系统的研究也十分成熟。在二十世纪四十年代，
