电气工程及其自动化专业【毕业设计+文献综述+开题报告】基于状态空间极点配置的倒立摆平衡控制与设计

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1、（20__届）本科毕业设计基于状态空间极点配置的倒立摆平衡控制与设计53摘要为实现多输入多输出、非线性、不稳定的倒立摆平衡稳定控制，本文采用极点配置的方法控制倒立摆的平衡。本文对倒立摆做了论述，简要的介绍了倒立摆的发展史、研究意义及其多种多样的控制方法。利用牛顿-欧拉方程建立倒立摆的数学模型，分析了一阶和二阶倒立摆的数学模型和状态空间方程，将倒立摆的系统模型线性化处理，获得系统在平衡点附近的线性化模型。在分析基础上，初步介绍了状态空间的能控性定理、能观性定理和李雅普诺夫稳定性定理及他们的应用。根据性能指标，

2、计算要配置的极点，基于反馈控制中的极点配置法对倒立摆设计控制器。由MATLAB仿真对实际系统的调试验验证，表明采用的控制策略是有效的，对倒立摆的平衡稳定控制有作用，提高了系统的抗干扰能力。关键词：二级倒立摆，极点配置，可控性与可观性，MATLAB仿真53PoleassignmentbasedonstatespacecontrolanddesignofaninvertedpendulumbalanceAbstractFortherealizationofMIMO,nonlinear,unstablebalan

3、ceofstabilitycontroloftheinvertedpendulum,weusethemethodofpoleplacementtocontrolinvertedpendulum.Thisarticlediscussestheinvertedpendulummadeabriefintroductiontothehistoryoftheinvertedpendulum,thesignificanceandvarietyofcontrolmethods,Newton-Eulerequation,t

4、hemathematicalmodelofinvertedpendulumisanalyzedtofirstandsecondinvertedpendulummodelandstatespaceequation,theinvertedpendulummodelislinearizedtoaccesstothesystemnearthebalance.Basedontheanalysis,introducethestatespacetheoryofcontrollability,observationtheo

5、ry,thestabilitytheoryandtheirapplications.Accordingtotheperformanceindicators,calculationofthepoletobeconfigured，feedbackcontrolbasedonpoleplacementcontrollerisdesignedforinvertedpendulum.MATLABsimulationbythetoneoftheactualtestverificationsystemthatusesth

6、econtrolstrategyiseffective,itcanbalancetheinvertedpendulumandimproveanti-interferenceabilityofthesystem.Keywords:doubleInvertedpendulum,Poleplacement,controllabilityandobservation,MATLABsimulation53目录摘要IIIAbstractIV1绪论11.1倒立摆的简介11.2倒立摆的发展史11.3倒立摆的研究意义31.4

7、倒立摆的种类41.5倒立摆的主要控制方法52倒立摆的设计与其方程72.1一阶倒立摆的数学模型和状态方程72.2二阶倒立摆的数学模型和状态方程103极点配置控制倒立摆163.1能控性、能观性和李雅普诺夫定理163.2极点配置算法173.3极点配置可解的条件和方法183.4极点配置需要注意的问题184MATLAB214.1MATLAB简介214.2基于极点配置的仿真21结论33参考文献34致谢3553基于状态空间极点配置的倒立摆平衡控制与设计1绪论1.1倒立摆的简介倒立摆起摆问题：倒立摆在静止状态下，由于重力作

8、用摆杆是竖直向垂下状态的。使摆杆从垂下状态到竖直向上状态的过程就是倒立摆的起摆问题。倒立摆作为一个实验装置，是一个不稳定、高阶次、非线性、多变量和强耦合系统，具有直观、形象、结构简单，其构件组成、参数和形状易于改变、成本价格低等特点。对倒立摆的研究可归结为对非线性、多变量、绝对不稳定系统的研究，它在控制过程中能有效地反映控制中的许多关键问题，如非线性问题、系统的镇定问题、鲁棒性问题、跟踪问题及随动问题等。所以对倒