文档介绍：直线型一级倒立摆系统系列实验实验九倒立摆模型建立与仿真实验目的通过对倒立摆模型理论分析,建立状态空间模型。结合经典控制理论和现代控制理论分析倒立摆系统的稳定性。画出系统的状态、输出响应曲线。实验指导1、倒立摆工作原理倒立摆系统通过计算机、I/O卡、伺服系统、倒立摆本体和光电码盘反馈测量元件组成一个闭环系统,其工作原理框图如图下所示。图一中光电码盘1由伺服电机自带,小车的位移可以根据该码盘的反馈通过换算获得,速度信号可以通过对位移的差分得到。各个摆杆的角度由光电码盘2测量并直接反馈到I/O卡,而角速度信号可以通过对角度的差分得到。计算机从I/O卡实时读取数据,确定控制决策(电机的输出力矩),并发给I/O卡。I/O卡经过电控箱内部电路产生相应的控制量,驱动电机转动,使小车按控制要求进行运动,以达到控制目的。图一倒立摆系统工作原理框图2、倒立摆系统建模实验内容根据推导的微分方程,以小车的加速度为输入量、摆杆的角度为输出量,写出传递函数。(提示:对微分方程进行拉斯变换)将得到的传递函数,转换为零极点模型和状态空间模型,并依据零极点模型极点以及状态空间模型A矩阵判定系统的稳定性。绘制倒立摆系统的状态响应、输出响应曲线。(提示:用lsim函数)思考:对于传递函数的稳定性能,在经典控制理论中常用的分析方法有哪些?现在控制理论又是怎样判定系统的稳定性?以该系统为例,进行具体分析。实验十一级倒立摆的PID法校正实验目的1、针对倒立摆系统是不稳定性,通过设计PID控制器改善系统的稳定性能。2、学会PID参数调节方法。实验原理实验内容1、在simulink中搭建如下图的PID控制器,在edit菜单栏下找到CreateSubsystem单击即可对PID控制器封装,封装结果如图2中的Subsystem框图,点击kd、ki、k对其数值大小进行编译。图一PID控制器2、将封装好的PID控制器与倒立摆系统进行连接,设计出如下图所示的系统框图3、通过调节PID参数,观察输出波形,判断系统的稳定性,直到倒立摆系统输出曲线稳定存在。不断调节PID参数,比较各组参数的曲线,选出一组稳定性最好的参数。思考:PID控制器能够改善系统稳定性的原理?实验十一基于状态反馈的闭环极点配置