單軸倒立擺控制系統(tǒng)設計及matlab仿真畢業(yè)論文(文件)
【正文】 20 小車位置響應曲線 如圖3－20所示，小車向反方向運動并最終穩(wěn)定在大約－。頻率響應法通過研究系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的頻域響應，根據(jù)Nyquist曲線或Bode圖設計控制器從而使閉環(huán)系統(tǒng)滿足設計者對于頻域性能的要求。三個多月來，孫老師在學術上給予了我極大的幫助，嚴格要求，每周定期開會，讓我們在一起討論研究課題，相互交流，相互學習，為我們提供了一個良好的學習環(huán)境，使我的理論水平和研究問題的能力上都得到了很大的提高。 在此，向所有關心和幫助過我的老師、同學和朋友表示由衷的謝意！ 衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教授！參考文獻[1]自動控制原理（第四版） 胡壽松 主編 科學出版社[2] MATLAB電子仿真與應用（第二版） 韓利竹 王華 主編 國防工業(yè)出版社[3] MATLAB語言與控制系統(tǒng)仿真 孫亮 主編 北京工業(yè)大學出版社[4] 蘇曉生 主編 科學出版社附錄m文件源代碼1. 執(zhí)行下面Matlab程序，可以求解出根軌跡法系統(tǒng)傳遞函數(shù)。i=。 %simplifies inputnum=[m*l/q 0]den=[1 b*(i+m*l^2)/q (M+m)*m*g*l/q b*m*g*l/q]2. 繪出原系統(tǒng)的根軌跡圖的Matlab程序如下： rlocus(num,den)sigrid()axis([6 6 6 6])由于穩(wěn)定時間小于5秒。 mn=limits(1,3)。 lim=length(im)。.39。i=。 %simplifies inputnum=[m*l/q 0]。num2=num。m=。l=。z1=3。numlag=[1 z1]。num3=conv(conv(num,numlead),numlag)。impulse(numc,denc)axis([0 2 ])5. 校正后擺桿位置和小車位移的響應曲線由下面m程序得到： M=.5。g=。den1=[1 b*(i+m*l^2)/q (M+m)*m*g*l/q b*m*g*l/q 0]。z2=4。numlead=[1 z2]。denc=polyadd(k*num3,den3)。den4=polyadd(conv(den1,den3),k*conv(den1,num3))。m=。l=。figure(1)%ask user for controllernumc=input(39。denc?.......39。)。clden=polyadd(temp1,temp2)。i=。num1=[m*l/q 0 0]den1=[1 b*(i+m*l^2)/q (M+m)*m*g*l/q b*m*g*l/q 0]num2=[(i+m*l^2)/q 0 m*g*l/q]。dencontroller=[1 0]。impulse(numc,denc,t)35。denc=polyadd(conv(dencontroller,den),k*conv(numcontroller,num))。k=10。l=。m=。temp1=k*conv(numc,num)。k=input(39。)。 %simplifies inputnum=[m*l/q 0 0]den=[1 b*(i+m*l^2)/q (M+m)*m*g*l/q b*m*g*l/q 0]可以得到num = 0 0den = 07. 繪出系統(tǒng)的Bode圖、Nyquist圖和脈沖響應曲線的Matlab程序如下，該程序是一個通用的程序，只要輸入控制器的分子、分母和增益，就可以繪出不同控制器時系統(tǒng)的Bode圖、Nyquist圖和脈沖響應曲線： function[]=pend()clffigure(1)clf%define TFnum=[ 0 0]。i=。impulse(num4,den4,t)axis([0 6 ])6. 執(zhí)行下面的Matlab程序，可以求解出頻率響應法系統(tǒng)傳遞函數(shù)。subplot(2,1,1)。num3=conv(conv(num1,numlead),numlag)den3=conv(conv(den1,denlead),denlag)subplot(1,1,1)。numlag=[1 z1]。den2=den1z1=3。q=(M+m)*(i+m*l^2)(m*l)^2。b=。rlocus(num3,den3)sigrid()axis([50 50 50 50])figurerlocus(num3,den3)sigrid()axis([10 10 10 10])[k,poles]=rlocfind(num3,den3)figurekpolesnumc=conv(conv(num,denlead),denlag)。numlead=[1 z2]。z2=4。 %simplifies inputnum=[m*l/q 0]。i=。rlocus(num2,den2)sigrid()axis([10 10 10 10])4. 又引入一個極點和兩個零點后系統(tǒng)根軌跡的繪圖程序，其中，K是控制器的增益，系統(tǒng)在該增益對應的極點為poles，selected_point是你選擇的位于根軌跡上的點，所以這些參數(shù)都顯示在Matlab命令窗口中。p1=0。l=。m=。 end re(:)。 st=stz/50。hold on%Plot sigma line limits=axis。l=。m=。在此，我向孫老師致以最誠摯的感謝。但是兩種方法都只能對擺桿的角度加以控制，因為經典控制理論的研究對象主要是單輸入單輸出系統(tǒng)，不能對小車位置加以控制。經典控制理論的研究對象主要是單輸入單輸出的系統(tǒng)，設計涉及了系統(tǒng)數(shù)學模型的推導、根軌跡法設計控制器，以及頻率響應法設計控制器。圖3－18 改變零極點組合后系統(tǒng)的Bode圖圖3－19 改變零極點組合后系統(tǒng)的Nyquist曲線從響應曲線可以看出，系統(tǒng)的脈沖響應指標滿足前面的設計要求?，F(xiàn)在我們采用增加增益的方法，使得Nyquist曲線被向左側拉伸，最終使曲線逆時針方向的圓圈繞1點。為了使系統(tǒng)穩(wěn)定，首先引入一個積分環(huán)節(jié)，使得原點處的零點被對消掉（現(xiàn)在原點處共有兩個零點和兩個極點了），曲線就變成下圖的情況：圖3－10 引入積分環(huán)節(jié)后系統(tǒng)的Bode圖圖3－11 引入積分環(huán)節(jié)后系統(tǒng)的Nyquist曲線圖中Nyquist曲線順時針方向繞1點一圈。引入控制器后系統(tǒng)的方框圖如下： 校正前系統(tǒng)的零極點為零點 0 0 極點 0
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