文档介绍：基于MATLAB(矩阵实验室)的倒立摆控制系统仿真
摘要
自动控制原理(包括经典部分和现代部分)是电气信息工程学院学生的一门必修专业基础课,课程中的一些概念相对比较抽象,如系统的稳定性、可控性、收敛速度和抗干扰能力等。倒立摆系统是一个典型的非线性、强耦合、多变量和不稳定系统,作为控制系统的被控对象,它是一个理想的教学实验设备,许多抽象的控制概念都可以通过倒立摆直观地表现出来。本文以一级倒立摆为被控对象,用经典控制理论设计控制器(PID控制器)的设计方法和用现代控制理论设计控制器(极点配置)的设计方法,通过MATLAB仿真软件的方法来实现。
关键词: 一级倒立摆 PID控制器极点配置
Inverted pendulum controlling system
simulation based on the MATLAB
ABSTRACT
Automatic control theory (including classical parts and modern parts) is pulsory specialized fundamental course of the students majored in electrical engineering. Some of the curriculum concept is relatively abstract, such as the stability, controllability, convergence rate and the anti-interference ability of system. Inverted pendulum system is a typical nonlinear, strong coupling, multivariable and unstable system. It is an ideal teaching experimental equipment as a controlled object, by which many abstract control concepts can be came out directly. This paper chose first-order inverted pendulum as the controlled object. First, the PID controller was designed with classical control theory. Then pole-assignment method was discussed with modern control theory. At last, the effectness of the two methods was verified by MATLAB simulation software.
KEY WORDS: First-order inverted pendulum PID controller pole-assignment
目录
摘要 I
ABSTRACT II
1 绪论 1
倒立摆的控制方法 1
MATLAB/Simulink简介 1
主要内容 1
2 一级倒立摆 1
实验设备简介 1
3 直线一级倒立摆的数学模型 1
直线一级倒立摆数学模型的推导 1
微分方程模型 1
传递函数模型 1
状态空间数学模型 1
系统阶跃响应分析 1
4 直线一级倒立摆PID控制器设计 1
PID控制分析 1
PID控制参数设定及MATLAB仿真 1
5 直线一级倒立摆状态空间极点配置控制器设计 1
状态空间分析 1
极点配置及MATLAB仿真 1
6 总结 1
致谢 1
参考文献 1
1 绪论
倒立摆起源于20世纪50年代,是一个典型的非线性、高阶次、多变量、强耦合、不稳定的动态系统,能有效地反映诸如稳定性、鲁棒性等许多控制中的关键问题,是检验各种控制理论的理想模型。很多被控对象都可以抽象成为倒立摆模型,在很多领域有着广泛的应用,如机器人,航天领域等。它不但是验证现代控制理论方法的典型实验装置,而且其控制方法和思路对处理一般工业过程亦有广泛的用途。倒立摆常规的控制算法如 LQR 在倒立摆的控制中已被广泛采用,模糊控制作为一种智能控制的方法,在一定程度上模仿了人的控制,它不需要有准确的控制对象模型,作为一种非线性智能控制方法,已在多变量、时变、非线性系统的控制中发挥了重要的作用。人们已利用多种控制策略实现了一至四级倒立摆系统的稳定