直线一级倒立摆PID控制实验报告.doc

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1、直线一级倒立摆PID控制实验报告一、实验目的本实验的目的是让实验者理解并掌握PID控制的原理和方法，并应用于直线一级倒立摆的控制，PID控制并不需要对系统进行精确的分析，因此我们采用实验的方法对系统进行控制器参数的设置。二、实验设备直线一级倒立摆；安装有MATLAB软件的PC机；运动控制卡主机箱。三、实验步骤及结果1、PID控制参数设定及仿真对于PID控制参数，我们采用以下的方法进行设定：由实际系统的物理模型：=在Simulink中建立如图1所示的直线一级倒立摆控制模型：图1直线一级倒立摆PID控制MATLAB仿真模型先设置PID控制器为P控制器，令Kp=9，Ki=0，KD=0，得到以下仿真

2、结果：图2参数设置窗口图3直线一级倒立摆P控制仿真结果图（Kp＝9）从图3中可以看出，控制曲线不收敛，因此增大控制量，令Kp=50，Ki=0，KD=0，得到以下仿真结果：图4直线一级倒立摆P控制仿真结果图（Kp＝50）从图4中可以看出，闭环控制系统持续振荡，周期约为0.6s。为消除系统的振荡，增加微分控制参数KD，令Kp=50,Ki=0,KD=16，得到仿真结果如下：图5直线一级倒立摆PD控制仿真结果图（Kp＝50，KD＝16）从图5中可以看出，系统稳定时间过长，大约为7秒，因此再增加微分控制参数KD，令：Kp=50,Ki=4,KD=16，仿真得到如下结果：图6直线一级倒立摆PID控制仿真结

3、果图（Kp＝50，Ki＝4，KD＝16）由于PID控制器为单输入单输出系统，所以只能控制摆杆的角度，并不能控制小车的位置，所以小车会往一个方向运动。2、PID控制实验1)打开直线一级倒立摆PID控制界面入下图6所示：图6直线一级倒立摆MATLAB实时控制界面2)双击"PID"模块进入PID参数设置，如下图7所示：图7参数设置窗口把仿真得到的参数输入PID控制器，保存参数。3)编译程序，完成后使计算机和倒立摆建立连接。4)运行程序，检查电机是否上伺服。缓慢提起倒立摆的摆杆到竖直向上的位置，在程序进入自动控制后松开，当小车运动到正负限位的位置时，用工具挡一下摆杆，使小车反向运动。5)实验结果如下

4、图所示：图8直线一级倒立摆PID控制实验结果由图可以看出，倒立摆的摆杆角度基本在3.14-3.145（弧度）内波动，可以实现较好的稳定性。同仿真结果，PID控制器并不能对小车的位置进行控制，小车会沿滑杆有稍微的移动。四、实验结果分析通过本次实验，对PID控制理论以及倒立摆的相关知识有了一定的了解，实现了利用PID理论来控制直线一级倒立摆。实验证明，PID在倒立摆控制中，在精度、稳定性和抗干扰性上面都有良好的表现，并且其系统成本低、安装简单、维护调试方便，更易于扩展。本次实验也让我更加了解MATLAB软件的操作，并加深认识信号之间的处理和图像的处理，MATLAB的功能很强大，很多实验都可以用M

5、ATLAB仿真，表现了MATLAB强大的仿真及数据分析处理能力。MATLAB作为当前控制技术界最流行的面向工程与科学计算的高级语言，他可以轻易地再现C语言几乎全部的功能。从本次的实验看来，在线性控制系统的分析和仿真中，MATLAB拥有非常方便快捷的数据处理能力。其实我了解MATLAB只是一小部分，在今后的日子我会继续学习MATLAB，经过这次实验，我对MATLAB的认识和应用有了更加深刻的理解。