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直线一级倒立摆的控制研究.doc

资料分类:工业大学 上传会员:天使的翅膀 更新时间:2019-04-14
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摘要:倒立摆系统是一个具有稳定性和多变性的复杂非线性实验系统,在控制领域中是一个具有典型性的实验平台,很多抽象的概念、理论,都可以通过倒立摆系统简单、直观地反映出来,所以在一些复杂的系统中,经常使用倒立摆来反映系统的性能。除此之外,倒立摆系统在很多领域中都有应用,比如火箭飞行器的控制、机器人内部设计结构的控制等等,在军工,航天,农业等方面也有着非常广泛的用途。

倒立摆系统的分类有很多,根据摆杆数量差别,分为一级倒立摆、二级倒立摆、三级倒立摆等等。各个摆杆自由连接,连接处没有电机、传感器,或者其他驱动部件。但是不管是几级倒立摆系统,其最终的目的都是使摆杆最快速度立起并保持平衡。倒立摆系统适合于多种控制方法,其中最常见的有PID控制,PID控制是一个非常经典且实用的控制方法,因其算法简单、鲁棒性好、适应性强等,在工业控制中应用很广泛。根轨迹法是通过作图的方法得到对应的特征根,根轨迹法具有直观、便捷的特点,在控制系统中的应用也非常广泛。本文就直线一级倒立摆的两种控制方法:PID控制法和根轨迹控制法进行详细的先容以及试验分析,首先完成直线一级倒立摆的建模,通过数学建模,得到小车与摆杆之间的传递函数,在此基础上完成PID控制法和根轨迹控制法控制系统设计,通过SIMNLINK进行仿真,得到控制系统的输出,通过改变控制系统的参数找到最优控制方案,并在直线一级倒立摆平台完成试验研究,试验结果表明控制系统有效,性能指标满足控制要求。

 

关键词:倒立摆系统;PID控制;根轨迹控制;仿真

 

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1倒立摆的概况-1

1.2 倒立摆分类-1

1.3 倒立摆的特性-3

1.4 直线倒立摆系统设计-4

1.5本文主要工作内容-4

2 倒立摆的数学模型-5

2.1数学模型概述-5

2.2倒立摆数学模型的建立-5

2.2.1受力分析-5

2.2.2数学模型-6

2.3实际系统模型参数-7

2.4 MATLAB概况-8

2.5Simnlink概况-8

2.6硬件先容-9

3直线一级倒立摆控制-10

3.1PID控制-10

3.1.1PID控制算法-10

3.1.2 PID控制原理-10

3.1.3PID控制仿真及结果-12

3.2对根轨迹控制的研究与分析-17

3.2.1根轨迹法先容-17

3.2.2根轨迹法控制原理-18

3.2.3根轨迹仿真及结果-18

结论-24

参考文献-25

致谢-27

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最新评论
上传会员 天使的翅膀 对本文的描述:环形倒立摆系列环形倒立摆是在圆周运动模块上装有摆体组件,圆周运动模块有一个自由度,可以围绕齿轮中心做圆周运动,在运动手臂末端装有摆体组件,根据摆体组件的级数和串连......
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