基于MATLAB的直线一级倒立摆仿真系统研究

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1、科研训练论文科研训练结题报告名称：基于MATLAB的直线一级倒立摆仿真系统研究小组成员:指导教师：~34~科研训练论文关于一节倒立摆系统的研究，有着各种各样方式予以仿真并研讨，其中MATLAB进行研究成为越来越大众研究方式。倒立摆控制系统是一个复杂的、不稳定的、 非线性系统。倒立摆的控制问题就是使摆杆尽快地达到一个平衡位置，并且使之没有大的振荡和过大的角度和速度。本次设计就是针对直线一级倒立摆系统进行研究。运用MATLAB中的Simulink仿真工具，建立起直线一级倒立摆系统的仿真模型，并对仿真模型进行封装及添加PI

2、D控制器，使最终的仿真——控制模型能够符合设计要求。关键字MATLAB软件；倒立摆系统；PID控制器；封装子系统~34~科研训练论文TitleResearchonsimulationsystemoflinearsingleinvertedpendulumbasedonMATLABAbstractTheresearchonaninvertedpendulumsystemhasbeensimulatedandstudiedinavarietyofways,amongwhich,MATLABhasbecomeanincre

3、asinglypopularresearchmethod.Invertedpendulumcontrolsystemisacomplex,unstable,non-linearsystem.Invertedpendulumcontrolproblemistomakethependulumassoonaspossibletoreachabalanceposition,andsothereisnolargeoscillationandexcessiveangleandspeed.Thisdesignisforastrai

4、ghtlineinvertedpendulumsystemforresearch.ThesimulationmodeloftheinvertedinvertedpendulumisestablishedbyusingtheSimulinksimulationtoolinMATLAB.ThesimulationmodelisencapsulatedandthePIDcontrollerisaddedtomakethefinalsimulation-controlmodelmeetthedesignrequirement

5、s.KeywordsMATLABsoftware;invertedpendulumsystem;PIDcontroller;packagesubsystem~34~科研训练论文1.直线一级倒立摆问题简介61.1背景简介【1】61.2软件特性61.3设计要求分析62.数学模型的建立72.1倒立摆受力分析72.2微分方程的推导83.Simulink仿真模型93.1Simulink仿真简介【2】93.2初次模型搭建103.3二次模型搭建113.4二次模型优化123.5最终仿真模型及仿真结果134.封装子系统194.1封装子

6、系统简介194.2封装子系统设置205.PID控制205.1PID控制理论205.2基于SIMULINK的PID控制器设计22~34~科研训练论文5.3PID参数的确定246.成果汇总与分析317.经验总结与心得体会32参考文献32~34~科研训练论文1.直线一级倒立摆问题简介1.1背景简介【1】倒立摆控制系统是一个复杂的、不稳定的、 非线性系统，是进行控制理论教学及开展各种控制实验的理想实验平台。对倒立摆系统的研究能有效的反映控制中的许多典型问题：如非线性问题、 鲁棒性问题、镇定问题、随动问题以及跟踪问题等。通过对

7、倒立摆的控制，用来检验新的控制方法是否有较强的处理非线性和不稳定性问题的能力。倒立摆的控制问题就是使摆杆尽快地达到一个平衡位置，并且使之没有大的振荡和过大的角度和速度。当摆杆到达期望的位置后，系统能克服随机扰动而保持稳定的位置。倒立摆是机器人技术、控制理论、计算机控制等多个领域、多种技术的有机结合，其被控系统本身又是一个绝对不稳定、高阶次、多变量、强耦合的非线性系统，可以作为一个典型的控制对象对其进行研究。倒立摆系统作为控制理论研究中的一种比较理想的实验手段，为自动控制理论的教学、实验和科研构建一个良好的实验平台，以

8、用来检验某种控制理论或方法的典型方案，促进了控制系统新理论、新思想的发展。由于控制理论的广泛应用，由此系统研究产生的方法和技术将在半导体及精密仪器加工、机器人控制技术、人工智能、导弹拦截控制系统、航空对接控制技术、火箭发射中的垂直度控制、卫星飞行中的姿态控制和一般工业应用等方面具有广阔的利用开发前景。倒立摆已经由原来的直线一级倒立摆扩展出很多种