【正文】 仿真和分析的一個(gè)軟件包， 被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。 Simulink 是 MATLAB 最重要的組件之一 ， 它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。截止到 2022 年，該公司先后推出了 MATLAB 、 MATLAB ，以及 MATLAB 等版本，該軟件的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。 （ 3） 智能控制方法 基于 MATLAB 的倒立擺控制系統(tǒng)仿真 2 在倒立擺系統(tǒng)中用到的智能控制方法主要有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、仿人智能控制、擬人智能控制和云模型控制等。這類方法對(duì)于一、二級(jí)倒立擺（線性化誤差較小、模型較簡(jiǎn)單）控制時(shí)，可以解決常規(guī)倒立擺的穩(wěn)定控制問(wèn)題。對(duì)于倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)定控制，具有重要的理論意義和重要的工程實(shí)踐意義。很多被控對(duì)象都可以抽象成為倒立擺模型，在很多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，如機(jī)器人，航天領(lǐng)域等。基于 MATLAB 的倒立擺控制系統(tǒng)仿真 I 基于 MATLAB 的倒立擺控制系統(tǒng)仿真 摘 要 自動(dòng)控制 原理（ 包括 經(jīng) 典部分和現(xiàn)代部分）是電氣 信息 工程 學(xué)院 學(xué)生的一門必修專業(yè)基礎(chǔ)課，課程中的一些概念相對(duì)比較抽象，如系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可控性、收斂速度和抗干擾能力等。 關(guān)鍵詞： 一 級(jí) 倒立擺 PID 控制器 極點(diǎn)配置 基于 MATLAB 的倒立擺控制系統(tǒng)仿真 II Inverted pendulum controlling system simulation based on the MATLAB ABSTRACT Automatic control theory (including classical parts and modern parts) is a pulsory specialized fundamental course of the students majored in electrical engineering. Some of the curriculum concept is relatively abstract, such as the stability, controllability, convergence rate and the antiinterference ability of system. Inverted pendulum system is a typical nonlinear, strong coupling, multivariable and unstable system. It is an ideal teaching experimental equipment as a controlled object, by which many abstract control concepts can be came out directly. This paper chose firstorder inverted pendulum as the controlled object. First, the PID controller was designed with classical control theory. Then poleassignment method was discussed with modern control theory. At last, the effectness of the two methods was verified by MATLAB simulation software. KEY WORDS: Firstorder inverted pendulum PID controller poleassignment目 錄 摘 要 ..................................................................................................................................... I ABSTRACT ............................................................................................................................ II 1 緒論 ....................................................................................................................................... 1 倒立擺的控制方法 ............................................................................................... 1 MATLAB/Simulink 簡(jiǎn)介 ..................................................................................... 2 主要內(nèi)容 ................................................................................................................... 3 2 一 級(jí) 倒立擺 ......................................................................................................................... 3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介 ......................................................................................................... 3 3 直線一級(jí)倒立擺的數(shù)學(xué)模型 ....................................................................................... 4 直線一級(jí)倒立擺數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo) .................................................................. 4 微分方程模型 .................................................................................................... 6 傳遞函數(shù)模型 .................................................................................................... 7 狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型 ............................................................................................ 8 系統(tǒng)階躍響應(yīng)分析 ............................................................................................. 10 4 直線一級(jí)倒立擺 PID 控制器設(shè)計(jì) .......................................................................... 14 PID 控制分 析 ......................................................................................................... 14 PID 控制參數(shù)設(shè)定及 MATLAB 仿真 .......................................................... 17 5 直線一級(jí)倒立擺狀態(tài)空間極點(diǎn)配置控制器設(shè)計(jì) .............................................. 20 狀態(tài)空間分析 ................................................................................................ 21 極點(diǎn)配置及 MATLAB 仿真 ............................................................................ 22 6 總結(jié) ..................................................................................................................................... 26致謝 .......................................................................................................................................... 27 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................. 28 基于 MATLAB 的倒立擺控制系統(tǒng)仿真 1 1 緒論 倒立擺起源于 20 世紀(jì) 50 年代，是一個(gè)典型的非線性、高階次、多變量、強(qiáng)耦合、不穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，能有效地反映諸如穩(wěn)定性、魯棒性等許多控制中的關(guān)鍵問(wèn)題，是檢驗(yàn)各種控制理論的理想模型。人們已利用多種控制策略實(shí)現(xiàn)了一至四級(jí)倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。 PID 控制、狀態(tài)反饋控制、 LQR 控制算法是其典型代表。人們先后開(kāi)展了預(yù)測(cè)控制、變結(jié)構(gòu)控 制和自適應(yīng)控制的研究。經(jīng)過(guò)不斷更新和擴(kuò)充，該公司 于 1984 年推出 MATLAB 的正式版 ，特別是 1992 年推出具有跨時(shí)代意義的 MATLAB 版，并于 1993 年推出其微機(jī)版，以配合當(dāng)時(shí)日益流行的 Microsoft Windows 操作系統(tǒng)。 1990 年 ,Ma