【《倒立摆系统的稳定性分析与极点配置控制》12000字】 .pdf
倒立摆系统的稳定性分析与极点配置控制
目录
摘要2
第一章绪论3
1.1研究背景及意义3
1.2研究现状3
第二章相关概述5
2.1PID控制器概述5
2.2PID的控制规律6
2.3PID调器7
2.3.1比例调7
2.3.2积分调8
2.3.3微分调9
2.41qr控制系统概述10
2.5极点配置的提出11
2.5.1期望极点的选择12
2.5.2极点配置需要注意的问题12
2.6本章小结12
第三章倒立摆系统及其数学模型13
3.1系统组成13
3.1.1倒立摆的组成13
3.1.2电控箱14
3.1.3其它部件图14
3.1.4倒立摆特性15
3.2模型的建立15
3.2.1微分方程的推导16
3.2.2传递函数17
3.2.3状态空间结构方程18
3.2.4实际系统模型20
1
3.2.5米用MATLAB语句形式进行仿真21
3.3根据极点配置法确定反馈系数22
3.4LQR控制器的设计25
3.4.1建立模型及分析25
3.4.2稳定性分析27
3.4.3倒立摆能控性能分析27
3.4.4系统调试和结果分析27
3.5本章小结29
第四章基于SIMULINK的并联倒立摆系统仿真30
4.1PID控制器的设计30
4.2PID控制器设计MATLAB仿真32
4.3本章小结36
结语37
参考文献38
摘要
倒立摆系统的不稳定，多变量，非线性和强高阶耦合特性已经成为许多现代
控制理论研究者的研究课题。通过对倒立摆控制方法的研究，我们将发现新的控
制方法，并将其应用于航空航天工程和机器人技术等各种高科技领域。在本文中，
我们主要了解线性倒立摆系统的运行机理，建立数学模型，设计倒立摆控制系统,
研究如何设计倒立摆PID控制，极性配置控制和LQR控制系统，并提供有效的
控制方法。使用SIMULINK软件进行仿真实验，最终实现对倒立摆的稳定控制。
在本文中，我们首先总结了倒立摆系统自动控制的发展和研究现状，提出了倒立
摆系统的硬件配置，对单级倒立摆模型进行建模，分析了其稳定性，以及各种倒
立摆。通过基于倒立摆系统和SIMULINK的单独结构，我们进行了许多仿真研
究，并比较了不同控制方法的效果。在固高科技的实时控制软件实验平台
MATLAB的帮助下，使用设计的控制方法实现单级倒立摆系统。实时控制通过
2
在线调整参数和突发干扰来研究实时性能和抗干扰性能。本文进行了总结，并为
下一步的研究提供了一些反馈。
关键词：倒立摆；PID;SIMULINK
第一章绪论
1.1研究背景及意义
随着控制理论，计算机技术和信息技术的飞速发展，许多新的理论和控制算
法不断涌现，倒立摆系统也逐渐用于测试控制方法的有效性。通过不断的研究和
扩展，倒立摆系统已经从一个平面演化为两个，三个，四个或更多平面，并且已
经开发了几种倒立摆，包括平面倒立摆，平行倒立摆和圆形倒立摆。倒立摆系统
由于其结构简单，成本低廉，在此类条件限制下可以推知其必然结果易于调整物
理结构和参数而在工业和航空航天控制系统中具有广泛的应用AA。所有理论研
究都必须符合现实生活的要求。倒立摆系统也是如此。他的理论工作具有重要的
工业，军事和经济意义。30年前在美国推出了第一台机器人，但该机器人的步
态控制技术尚未完全解决。他的站立和行走类似于双倒立摆系统，对火