matlab倒立摆pid仿真 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

倒立摆倒立摆 PIDPID 控制及其控制及其 MatlabMatlab 仿真仿真 学生姓名 学 院 电气信息工程学院电气信息工程学院 专业班级 专业课程 控制系统的控制系统的 MATLABMATLAB 仿真与设计仿真与设计 任课教师 年 6 月 5 日 倒立摆 PID 控制及其 Matlab 仿真 1 倒立摆 PID 控制及其 Matlab 仿真 Inverted PenduInverted Pendulum PID Controllum PID Control and Itsand Its MatlabMatlab S Simulationimulation 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 PID 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。 关键词倒立摆；PID 控制器；MATLAB 仿真 设计报告正文设计报告正文 倒立摆 PID 控制及其 Matlab 仿真 2 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M，倒立摆的质量为m，摆长为 2l ，小车的位置为 x ，摆的角 度为，作用在小车水平方向上的力为F， 1 O 为摆杆的质心。 F F 2l2l O1 倒立摆 PID 控制及其 Matlab 仿真 3 摆杆绕其重心的转动方程 cossinlFlFJ xy 摆杆重心的水平运动方程 sin 2 2 lx dt d mFx 摆杆重心的垂直运动方程 cos 2 2 l dt d mmgF y 小车水平方向运动方程 2 2 dt xd MFF x 一级倒立摆系统的动力学模型 cos sinlgcossincos cos cossinsin 2222 222 2222 22222 mMlmJlm mmMlmFml lmmMmlJ glmmlJlmFmlJ x fsignals2,;xsignals3,;qsignals4,;xxsignal s5,;qqsignals6,; figure1 hfstairst,f;grid on axis0 1 0 0.12;xlabel时间s;ylabel控制力N; axetaxesPosition,getgca,Position,XAxisLocation,bottom,. YAxisLocation,right,color,None,XColor,k,YColor,k; htlinet,x,color,r,parent,axet;htlinet,xx,color,b,pare nt,axet; axis0 1 0 0.1;ylabelx位置的变化m titleft0.1N和x的脉冲响应曲线 倒立摆 PID 控制及其 Matlab 仿真 5 gtextleft

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