直线小车一级倒立摆控制策略研究毕业设计

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1、直线小车一级倒立摆控制策略研究学专班学姓院业级号名自动化学院自动化指导教师负责教师倒立摆是一个典型的非线性、快速、多变量和口然不稳定系统，对它的研究在理论上和方法上都冇其重要意义。倒立摆的研究不仅要追求增加摆的级数，而且更重要的是如何发展现有的控制方法。同时，它和火箭的姿态控制以及步行机器人的稳定控制冇很多相似Z处，由此研究产生的理论和方法对一般工业过程也冇广泛用途。本文在参考大量文献的基础上，综述了倒立摆系统的背景、意义和研究方向；对倒立摆系统的构成和原理作了简要介绍。建立了一级倒立摆系统的状态空间模型，这为研究多级和其它类型的倒立摆其至更高层次的控制策略奠定了一个良好的基础。对系统进行

2、了稳定性、可控性分析。本文主要研究设计用P1D控制、LQR最优控制和极点配置控制方法对一级倒立摆进行稳定控制。在这过程中，借助数学工具Matlab7.0及仿真软件Simulink,作了大量的让算和仿真工作，得到了所需的实验数据和较好的控制效果，验证了控制方法。关键词：一级倒立摆；PID控制；LQR最优控制；极点配置LinecarinvertedpendulumControlstrategyresearchAbstractTheinvertedpendulumproblemisanonlinear>fleet、multivariableandnaturallyinstableobject,b

3、utwecankeepitstablebysomecontroloperation,theresearchofitismeaningfulbothintheoryandinmethod.Theaimofstudyinginvertedpendulumisnotonlytoincreasethesteps,butalsotodeveloptheexistedcontrolmethods.Atthesametime,itresemblethegesturecontrolofrocketsandthestablecontrolofwalkingrobots,andthetheoriesandme

4、thodsdiscoveredbytheexperimentscanalsobewidelyusedingeneralindustryprocess.Firstly,onthebasisofreferringtolotsofforeignandcivilreferences,thepapersummarizesthebackground，meaningandresearchdirectionoftheinvertedpendulum;Thenaftermakingabriefaccoutforinvertedpendulum'scompositionandtheoryJhepaperder

5、ivesthemathematicalmodelofdoubleinvertedpendulum,Thisestablishesagoodfoundationfortheresearchofcontrollingcomplexorothertypesofinvertedpendulumuntilbettercontrolstrategy.Whereafter,theinstabilityandcontrollabilityofthesystemareanalyzed.ThethesismainlydiscussesthecontrolmethodsofPIDcontrol,optimalc

6、ontrolandinvertedpendulumsystembasedonpolesconfiguration.ManycalculationsandsimulationresearchesonthestabilityofinvertedpendulumhavebeendoneusingMatlabandSimulink.Key_words:invertedpendulum,PIDcontrol,optimalcontrohpoleassignment符号表M小车及驱动系统的等效质量kgm摆杆的质就kgI摆杆的转动惯量kg・mI摆杆的质心至轴心的长度mF加在小车上的驱动力NX小车相对中心

7、位置的位移m0摆杆与竖直方向的夹角rad目录1绪论11」倒立摆系统研究的背景及意义11.2课题内容和任务32一级倒立摆系统组成和工作原理43一级倒立摆系统建模与定性分析73」一级倒立摆系统建模73.1.1建立一级倒立摆的数学模型73」.2直线一级倒立摆系统的实际模型113.2直线一•级倒立摆系统的性能分析123.2.1倒立摆相关理论的介绍123.2.2倒立摆系统的性能分析13323小结144一级倒立摆系统控制策略的研究1