【正文】 2]張曉華 .控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與 CAD[M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 , 。在設(shè)計(jì) PID控制器時(shí)，給小車(chē)上施加 1N的脈沖信號(hào)。 設(shè)計(jì)指標(biāo)為 5秒。 我們?cè)O(shè)計(jì)的技術(shù)要求：設(shè)計(jì) PID控制器，使得當(dāng)在小車(chē)上施加 1N的脈沖信號(hào)時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)指標(biāo)為： 5秒， ? ? ? ?? ?? ?? ? ? ? sqb mg lsqmg lMmsqmlIbssqb mg lsqmlIsUsXsG?????????2324222內(nèi)蒙古科技大學(xué) 課程設(shè)計(jì) 20 ，所以 MATLAB仿真如圖 。進(jìn)入 matlab mand窗口，鍵入 ，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn) ,仔細(xì)檢查系統(tǒng)硬件連接。 由于輸入信號(hào)，所以可以把結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)換成： 圖 改進(jìn)型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 其中，反饋環(huán)代表我們前面設(shè)計(jì)的控制器。 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 課程設(shè)計(jì) 15 采用 MATLAB 語(yǔ)句形式進(jìn)行仿真 仿真程序如圖 圖 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型仿真程序 可得仿真曲線和結(jié)果如圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 課程設(shè)計(jì) 16 圖 圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 課程設(shè)計(jì) 17 第 3 章 直線一級(jí)倒立擺的 PID 控制器設(shè)計(jì)與調(diào)節(jié) PID 控制器的設(shè)計(jì) 首先，對(duì)于倒立擺系統(tǒng)輸出量為擺桿的角度，它的平衡位置為垂直向上。用 u 代表被控對(duì)象的輸入力 F ， 線性化后兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方程如下： ? ?? ???? ???? ??? umlxbxmM xmlm glmlI ??? ????? ????2 () 傳遞函數(shù) 對(duì)方程組 ()進(jìn)行拉普拉斯變換，得到 ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ???? ????? ????? sUssmlssbXssXmM ssm lXsm glssmlI22222 () 注意：推導(dǎo)傳遞函數(shù)時(shí)假設(shè)初始條件為 0。 圖 。 對(duì)于倒立擺系統(tǒng)，由于其本身是自不穩(wěn)定的系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)建模存在一定的困難。 模型的建立 系統(tǒng)建?？梢苑譃閮煞N：機(jī)理建模和實(shí)驗(yàn)建模。 ③耦合性 倒立擺的各級(jí)擺桿之間，以及和運(yùn)動(dòng)模塊之間都有很強(qiáng)的耦合關(guān)系，倒立擺的控制中一般都在平衡點(diǎn)附近進(jìn)行解耦計(jì)算，忽略一些次要的耦合量。 SV卡的特點(diǎn)是輸出類(lèi)型可以是模擬量或者是脈沖量，它還采用了 PID濾波器，外加速度和加速度前饋。 ②編碼器 倒立擺系統(tǒng)使用的是光電編碼器，其工作原理是： 利用一塊特制的光柵板作為位移檢測(cè)元件，光柵板上方格之間的距離為 。 圖 倒立擺系統(tǒng)框 圖 倒立擺的組成 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 課程設(shè)計(jì) 8 小車(chē)由電機(jī)通過(guò)同步帶驅(qū)動(dòng)在滑桿上來(lái)回運(yùn)動(dòng)，保持?jǐn)[桿平衡。在滑動(dòng)小車(chē)上加裝一個(gè)單擺系統(tǒng)，構(gòu)成經(jīng)典的控制教學(xué)產(chǎn)品：?jiǎn)喂?jié)倒立擺系統(tǒng)，可完成各類(lèi)控制課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生具有一個(gè)可供實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的平臺(tái)。限于篇幅 ,MATLAB的其它功能 ,如控制系統(tǒng)的頻域、時(shí)域分析另文介紹。, 從系統(tǒng)的階躍響應(yīng)可以看出 ,由于系統(tǒng)的非線性 ,使得原來(lái)無(wú)差系統(tǒng)變?yōu)橛胁?系統(tǒng) ,同樣可以引入各種調(diào)節(jié)器來(lái)校正系統(tǒng) ,改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 圖 K＝ 4系統(tǒng)階躍響應(yīng) 圖 校正系統(tǒng)階躍響應(yīng) 如果系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性不好 ,可以調(diào)出擴(kuò)展庫(kù)中的各種調(diào)節(jié)器 ,以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 （ 7）系統(tǒng)擴(kuò)展 考慮到各種復(fù)雜系統(tǒng)的要求 ,另外提供了十二種類(lèi)型的擴(kuò)展系統(tǒng)庫(kù) ,每一種又有不同的選擇模式。 （ 4） 線性系統(tǒng) 程序提供了七種標(biāo)準(zhǔn)模式 ,加法器、比例、積分器、微分、傳遞函數(shù)、零 極點(diǎn)、狀態(tài)空間等。而信號(hào)發(fā)生器 (singal gein)可產(chǎn)生正弦波、方波、鋸齒波、隨機(jī)信號(hào)等。由于在WINDOWS界面下工作 ,所以對(duì)控制系統(tǒng)的方塊圖編輯、繪制很方便。除此之外， MA丁 LAB還具有根強(qiáng)的功能擴(kuò)展能力，與它的主系統(tǒng)一起，可以配備各種各樣的工具箱，以完成一些特定的任務(wù)。 (3)圖形句相系統(tǒng)：這是 MATLAB圖形系統(tǒng)的基礎(chǔ)，包括完成 2D和 3D數(shù)據(jù)圖示、圖像處理、動(dòng)畫(huà)生成、圖形顯示等功能的高層 MATLAB命令，也包括用戶對(duì)圖形圖像等對(duì)象進(jìn)行特性控制的低層 MATLAB命令 ，以及開(kāi)發(fā) GUI應(yīng)用程序的各種工具。 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 25 內(nèi)蒙古科技 大學(xué) 課程 設(shè)計(jì) 1 內(nèi)蒙古科技 大學(xué) 課程 設(shè)計(jì) 2 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 課程設(shè)計(jì) 3 第 1 章 MATLAB 仿真軟件的應(yīng)用 MATLAB 的基本介紹 MTALAB系統(tǒng)由五個(gè)主要部分組成，下面分別加以介紹。 本文主要研究?jī)?nèi)容是：首先概述自動(dòng)控制的發(fā)展和倒立擺系統(tǒng)研究的現(xiàn)狀；介紹倒立擺系統(tǒng)硬件組成，對(duì)單級(jí)倒立擺模型進(jìn)行建模，并分析其穩(wěn)定性；研究倒立擺系統(tǒng)的幾種控制策略，分別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制器，以 MATLAB為基礎(chǔ)，做了大量的仿真研究，比較了各種控制方法的效果；借助固高科技 MATLAB實(shí)時(shí)控制軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；利用設(shè)計(jì)的控制方法對(duì)單級(jí)倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，通過(guò)在線調(diào)整參數(shù)和突加干擾等，研究其實(shí)時(shí)性和抗千擾等性能；對(duì)本論文進(jìn)行總結(jié)，對(duì)下一步研究作一些展望。 本論文以實(shí)驗(yàn)室原有的直線一級(jí)倒立擺實(shí)驗(yàn)裝置為平臺(tái)，重點(diǎn)研究其 PID控制方法，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的 PID控制器，并將控制過(guò)程在 MATLAB上加以仿真。 PID 控制器設(shè)計(jì) MATLAB 仿真 ............................................................................ 19 結(jié) 論 .................................................................................................................................. 24 致 謝 ........................................................................................................錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 (2)MATLAB工作環(huán)境：這是對(duì) MATLAB提供給用戶使用的管理功能的總稱(chēng)．包括管理工作空間中的變量據(jù)輸入輸出的方式和方法，以及開(kāi)發(fā)、調(diào)試、管理 M文件的各種工具。 可以看出 MATLAB是一個(gè)功能十分強(qiáng)大的系統(tǒng)，是集數(shù)值計(jì)算、圖形管理、程序開(kāi)發(fā)為一體的環(huán)境。