直線一級倒立擺控制器設計課程設計報告-wenkub
2022-08-17 04:27:48 本頁面
【正文】 b中鍵入以下命令：得到以下計算結果：圖 22 直線一級倒立擺單位階躍響應仿真可以看出，在單位階躍響應作用下，小車位置和擺桿角度都是發(fā)散的。合并這兩個方程，約去 P和 N，得到第二個運動方程： （18）設 ，（φ是擺桿與垂直向上方向之間的夾角），假設φ 1弧度， 則可以進行近似處理：。二．直線一階倒立擺數(shù)學模型的推導首先建立一階倒立擺的物理模型。 平面倒立擺可以比較真實的模擬火箭的飛行控制和步行機器人的穩(wěn)定控制等方面的研究。最初研究開始于二十世紀50 年代，麻省理工學院（MIT）的控制論專家根據(jù)火箭發(fā)射助推器原理設計出一級倒立擺實驗設備。第4周：實物調試； 撰寫課程設計論文。，閉環(huán)系統(tǒng)的響應指標為：（1）穩(wěn)定時間小于5秒；（2）。 *m*m。 系統(tǒng)內(nèi)部各相關參數(shù)為:。 。 。，閉環(huán)系統(tǒng)的響應指標為：（1）擺桿角度和小車位移x的穩(wěn)定時間小于3秒（2）x的上升時間小于1秒（3）的超調量小于20度（）（4）穩(wěn)態(tài)誤差小于2%。同組設計者及分工： 各項工作獨立完成指導教師簽字 年 月 日 教研室主任意見：教研室主任簽字 年 月 日 *注：此任務書由課程設計指導教師填寫。近年來，新的控制方法不斷出現(xiàn)，人們試圖通過倒立擺這樣一個典型的控制對象，檢驗新的控制方法是否有較強的處理多變量、非線性和絕對不穩(wěn)定系統(tǒng)的能力，從而從中找出最優(yōu)秀的控制方法。一階倒立擺系統(tǒng)的結構示意圖如下所示： 擺桿小車 滑軌 電機 圖11 一階倒立擺結構示意圖系統(tǒng)組成框圖如下所示：倒立擺伺服驅動器運動控制卡伺服電機計算機光電碼盤1光電碼盤2圖12 一級倒立擺系統(tǒng)組成框圖 系統(tǒng)是由計算機、運動控制卡、伺服機構、倒立擺本體和光電碼盤幾大部分組成的閉環(huán)系統(tǒng)。在忽略空氣阻力和各種摩擦之后， 可將直線一級倒立擺系統(tǒng)抽象成小車和勻質桿組成的系統(tǒng)，如圖1所示。用u代表被控對象的輸入力F，利用上述近似進行線性化得直線一階倒立擺的微分方程為： （19）2. 一階倒立擺的傳遞函數(shù)模型對式(19)進行拉普拉斯變換，得：（21）注意：推導傳遞函數(shù)時假設初始條件為 0。三．一階倒立擺PID控制器設計設計指標要求：設計PID控制器，閉環(huán)系統(tǒng)的響應指標為：（1） 穩(wěn)定時間小于5秒；（2） 。圖 31 常規(guī)PID控制系統(tǒng)圖PID控制器是一種線性控制器，它是根據(jù)給定值r(t)與實際輸出值y(t)構成控制偏差e(t)將偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）通過線性組合構成控制量，對被控對象進行控制，故稱PID控制器。 (2) 積分環(huán)節(jié)：主要用于消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的型別。系統(tǒng)框圖如圖32所示：圖32 直線一級倒立擺閉環(huán)系統(tǒng)圖圖中KD(s)是控制器傳遞函數(shù)，G(s)是被控對象傳遞函數(shù)。2. PID控制參數(shù)設定及MATLAB仿真實際系統(tǒng)的物理模型：在Simulink中建立如圖34所示的直線一級倒立擺模型：圖 34 直線一階倒立擺PID控制MATLAB仿真模型 經(jīng)過多次調試將Kp、KI、KD的值分別設為50、10，用MATLAB仿真得到如下結果：圖 35 PID控制仿真結果從上面仿真結果可以看出，系統(tǒng)可以較好的穩(wěn)定，但由于積分因素的影響，穩(wěn)定時間明顯增大。3) 點擊“ ”編譯程序，在MATLAB命令窗口中有編譯提示信息，在編譯成功后進行以下實驗。PID控制器并不能對小車的位置進行控制，小車會沿滑桿移動。圖41 狀態(tài)反饋
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