一级倒立摆课程设计--倒立摆pid控制及其matlab仿真

《一级倒立摆课程设计--倒立摆pid控制及其matlab仿真》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、倒立摆PID控制及其Matlab仿真倒立摆PID控制及其Matlab仿真学生姓名：学院：电气信息工程学院专业班级：专业课程：控制系统的MATLAB仿真与设计任课教师：2014年6月5日11倒立摆PID控制及其Matlab仿真倒立摆PID控制及其Matlab仿真InvertedPendulumPIDControlandItsMatlabSimulation摘要倒立摆系统是一个典型的快速、多变量、非线性、不稳定系统，对倒立摆的控制研究无论在理论上和方法上都有深远的意义。本论文以实验室原有的直线一级倒立摆实验装置为平台，重点研究其PI

2、D控制方法，设计出相应的PID控制器，并将控制过程在MATLAB上加以仿真。本文主要研究内容是：首先概述自动控制的发展和倒立摆系统研究的现状；介绍倒立摆系统硬件组成，对单级倒立摆模型进行建模，并分析其稳定性；研究倒立摆系统的几种控制策略，分别设计了相应的控制器，以MATLAB为基础，做了大量的仿真研究，比较了各种控制方法的效果；借助固高科技MATLAB实时控制软件实验平台；利用设计的控制方法对单级倒立摆系统进行实时控制，通过在线调整参数和突加干扰等，研究其实时性和抗千扰等性能；对本论文进行总结，对下一步研究作一些展望。关键词：倒

3、立摆；PID控制器；MATLAB仿真设计报告正文11倒立摆PID控制及其Matlab仿真1.简述一级倒立摆系统的工作原理；倒立摆是一个数字式的闭环控制系统，其工作原理为：角度、位移信号检测电路获取后，由微分电路获取相应的微分信号。这些信号经A/D转换器送入计算机，经过计算及内部的控制算法解算后得到相应的控制信号，该信号经过D/A变换、再经功率放大由执行电机带动皮带卷拖动小车在轨道上做往复运动，从而实现小车位移和倒立摆角位移的控制。2.依据相关物理定理，列写倒立摆系统的运动方程；小车质量为，倒立摆的质量为，摆长为，小车的位置为，摆

4、的角度为，作用在小车水平方向上的力为，为摆杆的质心。11倒立摆PID控制及其Matlab仿真摆杆绕其重心的转动方程摆杆重心的水平运动方程摆杆重心的垂直运动方程小车水平方向运动方程一级倒立摆系统的动力学模型对系统进行线性化系统的简化模型1.根据倒立摆的运动方程搭建被控对象在Simulink环境下的仿真模型；11倒立摆PID控制及其Matlab仿真一级摆立摆系统Simulink仿真结构图Subsystem仿真结构图Fcn和Fcn1的函数表达式为：Fcn：Fcn1：则系统的Simulink仿真程序如下：clearallloadxy.m

5、att=signals(1,:);f=signals(2,:);x=signals(3,:);q=signals(4,:);xx=signals(5,:);qq=signals(6,:);figure(1)hf=stairs(t,f(:));gridonaxis([0100.12]);xlabel('时间(s)');ylabel('控制力(N)');axet=axes('Position',get(gca,'Position'),'XAxisLocation','bottom',...'YAxisLocation','right

6、','color','None','XColor','k','YColor','k');ht=line(t,x,'color','r','parent',axet);ht=line(t,xx,'color','b','parent',axet);axis([0100.1]);ylabel('x位置的变化(m)')title('f(t)=0.1N和x''的脉冲响应曲线')11倒立摆PID控制及其Matlab仿真gtext('leftarrowf(t)'),gtext('x(t)rightarrow'),gtext('left

7、arrowx''(t)')figure(2)hf=stairs(t,f(:));gridon;axis([0100.12]);xlabel('时间(s)');ylabel('控制力(N)')axet=axes('Position',get(gca,'Position'),'XAxisLocation','bottom',...'YAxisLocation','right','color','None','XColor','k','YColor','k');ht=line(t,q,'color','r','parent',axet

8、);ht=line(t,qq,'color','b','parent',axet);axis([01-0.30]);ylabel('角度变化(弧度)')title('f(t)=0.1N时theta(t)ºÍtheta''(t)的脉冲响应曲线')gtext('