【正文】 只在做事上認真；無能的人！不在做事上認真，只在情緒上計較。固高科技有限公司.致謝： 兩周的課程設(shè)計即將結(jié)束，在這兩周的時間內(nèi)，我們付出了很多，也收獲了很多，感謝一直鼓勵我們的指導(dǎo)老師，是他們給我們指明了方向，并給予我們精心的引導(dǎo)，同時還要感謝身邊幫助我們的小伙伴們，我們會好好珍惜這份經(jīng)歷，從中吸取教訓(xùn)，總結(jié)經(jīng)驗，以便將來能夠更好的運用學(xué)習(xí)到的理論知識，在以后的工作和生活充分發(fā)揮自己的動手能力。感悟和體會： 利用兩周的課程設(shè)計時間設(shè)計一個直線一級倒立擺的控制器，對我們來說有點難度，時間緊迫，尤其是數(shù)學(xué)建模過程，需要下很大功夫，數(shù)學(xué)建模是分析、設(shè)計、預(yù)測以及控制一個系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，比較有難度，而且在完成課程設(shè)計的過程中，需要我們了解并掌握一些軟件的使用，比如MATLAB軟件和SIMULINK仿真等。及Simulink軟件，可以分析出系統(tǒng)的特性以及調(diào)節(jié)方向。4）點擊運行按鈕運行程序，確定電機上伺服后，緩慢的提起擺桿到豎直向上的位置，程序進入自動控制后松開擺桿。7)角度編碼器：型號：OVW2062MD 脈沖數(shù)：600P/R 帶線1米 520元(含稅)角度編碼器有三種安裝方式：低速端安裝，高速段安裝，輔助機械安裝（常用的有齒輪齒條、鏈條皮帶、摩擦轉(zhuǎn)輪、收繩機械等） 在此采用輔助機械安裝。替代性：因為A系列已停產(chǎn)，所以在市場上的價格偏高，經(jīng)過對比，決定選擇MSMD022G1U ，同樣是小慣量，但是價格性能更優(yōu)。（4） 比例積分微分（PID）控制規(guī)律 對數(shù)頻率特性曲線MATLAB命令：num=[]。運行結(jié)果：Kp=70；ki=110；kd=8；settling_time= PID參數(shù)掃描階躍響應(yīng)圖（1） 比例（P）控制 Bode圖 Simulink仿真圖P控制器實質(zhì)上是一個具有可調(diào)增益的放大器。)xlabel(39。end。d1=conv(denpid,den)。[z,p,k]=tf2zp(num,den)運行結(jié)果：z = p = k = 進行simulink仿真： Simulink仿真模塊 Simulink仿真圖 演示操作模塊 實際演示操作過程小車位置與擺角波形圖 設(shè)計PID或其他控制器倒立擺的PID模型系統(tǒng)輸出量為擺桿的位置，它的初始位置為垂直向上，我們給系統(tǒng)施加一個擾動，觀察擺桿的響應(yīng)。figure(2)。 den0=[ 0 ]。)得到的幅值裕量和相位裕量如圖所示：運行結(jié)果： kg= r=0 wg=0 wc=即相角域度。程序：num=[]。)xlabel(39。ylabel(39。den=[(I+m*l*l) 0 m*g*l]。對系統(tǒng)施加單位階躍輸入信號，然后觀察響應(yīng)曲線并分析系統(tǒng)的動態(tài)性能。能量反饋表達式為： 其中，K為系數(shù)。我們不妨做以下假設(shè)： M 小車質(zhì)量 m 擺桿質(zhì)量 b 小車摩擦系數(shù) l 擺桿轉(zhuǎn)動軸心到桿質(zhì)心的長度 I 擺桿慣量 F 加在小車上的力 x 小車位置 φ 擺桿與垂直向上方向的夾角 θ 擺桿與垂直向下方向的夾角（考慮到擺桿初始位置為豎直向下）下圖是系統(tǒng)中小車和擺桿的受力分析圖。實際上，用線性化模型進行極點配置求得的狀態(tài)反饋陣，不一定能使倒立擺穩(wěn)定豎起來，能使倒立擺豎立起來的狀態(tài)反饋陣是實際調(diào)試出來的，這個調(diào)試出來的狀態(tài)反饋陣肯定滿足極點配置。電機的驅(qū)動由與其配套的伺服驅(qū)動器提供。/ n， 其中n為編碼器線數(shù)。二 系統(tǒng)設(shè)計（一） 功能分析（1） 被控對象倒立擺的被控對象為擺桿和小車。當擺桿到達期望的位置后，系統(tǒng)能克服隨機擾動而保持穩(wěn)定的位置。一項工程的實施也存在一種可行性的試驗問題，因而，用一套較好的、較完備的試驗設(shè)備，將其理論及方法進行有效的檢驗是極其重要的。關(guān)鍵詞：倒立擺 最優(yōu)控制 PID調(diào)節(jié) 頻率響應(yīng)引言：自動控制理論在當前的工程技術(shù)界，主要解決如何面向工程的實際應(yīng)用問題。目標 倒立擺的控制問題就是使擺桿盡快地達到一個平衡位置，并且使之沒有大的振蕩、過大的角度和速度。一般而言，對倒立擺的控制目的就是通過控制力F的作用，使小車左右運動，從而帶動擺桿的擺動，將單擺控制在倒立點附近，在這樣的單擺系統(tǒng)中，擺桿的平衡位置有兩個，一個是自然下垂位置，另一個是豎直向上的倒立位置，因此倒立點是一個不穩(wěn)定的平衡位置，擺桿一旦偏離倒立點，即使很小的角度，也會使整個系統(tǒng)失去平衡。光電式增量編碼器的測量精度取決于它所能分辨的最小角度α ，而這與碼盤圓周內(nèi)所分狹縫的線數(shù)有關(guān)：α =360176。電機的轉(zhuǎn)矩和速度通過皮帶輪傳送到小車上，從而帶動小車的運動。只要偏離平衡位置較遠，系統(tǒng)就成了非線性系統(tǒng)，狀態(tài)反饋就難以控制。三 理論分析 控制系統(tǒng)建模微分方程的推導(dǎo) ： 直線一級倒立擺系統(tǒng)在忽略了空氣阻力，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(zhì)桿組成的系統(tǒng)。擺桿的初始位置是自然下垂狀態(tài)，要使擺桿從初始位置起擺直到豎直向上位置，且速度減少到0，所需的能量為 而倒立擺系統(tǒng)在任意角度時的能量為 對其求微分可得： 由于倒立擺本身系統(tǒng)特點，剛開始運動的擺桿具有擺動能量小于2mgl，只有經(jīng)過能量反饋，調(diào)整小車的加速度，從而增加擺桿的擺動能量，最終達到。 時域和頻域分析時域分析：用MATLAB對此系統(tǒng)的動態(tài)性能進行分析。num=[m*l]。)。波特圖39。用函數(shù)[kg,r,wg,wc]=margin(G)可以求出G的幅值裕量、相位裕量和幅值穿越頻率。相位/deg39。num=conv(num0,num1)。grid。den=[ 1]。numc=conv(num,numpid)。s=s1。PID單位階躍響應(yīng)39。settling_time]kpkikdsettling_time。在控制工程實踐中，PI控制器主要用來改善控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。四 元器件、設(shè)備選型倒立擺基本構(gòu)造、價格及性能分析：