重慶大學(xué)自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)——倒立擺系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)(完整版)
【正文】 內(nèi)容空泛，結(jié)構(gòu)混亂，文字表達(dá)不清，錯(cuò)別字較多，達(dá)不到規(guī)范化要求；圖紙不工整或不清晰指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)：指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日重慶大學(xué)本科學(xué)生課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程設(shè)計(jì)題目倒立擺系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院專(zhuān)業(yè)自動(dòng)化年級(jí)2010級(jí)已知參數(shù)和設(shè)計(jì)要求：M：小車(chē)質(zhì)量 m：擺桿質(zhì)量 b：小車(chē)摩擦系數(shù) l：擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)軸心到桿質(zhì)心的長(zhǎng)度 I：擺桿慣量 建立以小車(chē)加速度為系統(tǒng)輸入，以擺桿角度為系統(tǒng)輸出的被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型。設(shè)計(jì)或調(diào)整PID控制器參數(shù)，進(jìn)行閉環(huán)系統(tǒng)的仿真分析。通過(guò)對(duì)倒立擺的控制，用來(lái)檢驗(yàn)新的控制方法是否有較強(qiáng)的處理非線性和不穩(wěn)定性問(wèn)題的能力。1 數(shù)學(xué)建模 直線一級(jí)倒立擺由直線運(yùn)動(dòng)模塊和一級(jí)擺體組件組成，是最常見(jiàn)的倒立擺之一。根據(jù)牛頓力學(xué)，建立起小車(chē)和擺桿的運(yùn)動(dòng)方程，進(jìn)而得到小車(chē)各種傳遞函數(shù)。Matlab編程如下： s=tf(39。2%） （32）將=（32）得到=15特征根為s1,2= （33）將=，=15代入式（33）得到期望主導(dǎo)極點(diǎn)s1,2 =9177。 denlead=。rlocus(sys)圖11KK=。圖13圖14 由圖14的響應(yīng)曲線可看到，具有很好的穩(wěn)定性，并且超調(diào)量有大大的減小，平穩(wěn)性增強(qiáng)。)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)的相角裕量為50176。 den2=[1 ]。 Simulink仿真仿真結(jié)構(gòu)圖如下：圖24仿真結(jié)果如下：圖25由圖25能看到校正后系統(tǒng)的穩(wěn)定性，快速性和準(zhǔn)確性都比較好，符合設(shè)計(jì)要求。2）我的感想： 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，加深了我對(duì)相關(guān)知識(shí)的了解。體會(huì)到了自動(dòng)控制在日常生活中應(yīng)用。PID 控制器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易調(diào)節(jié)，且不需要對(duì)系統(tǒng)建立精確的模型，在控制上應(yīng)用較廣。 sys=tf(num,den)。增加超前校正裝置會(huì)改變Bode圖的幅值曲線，開(kāi)環(huán)截止頻率會(huì)增加，因此必須對(duì)開(kāi)環(huán)截止頻率增加所造成的相位滯后增量進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)際需要增加的相角裕量為55176。 figure。4 頻率特性法 頻率響應(yīng)分析 經(jīng)過(guò)前面的模型建立，得到實(shí)際系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：其中輸入為小車(chē)的加速度V (s)，輸出為擺桿的角度Φ(s)。sysc=sys2/(1+sys2)。Za=[Z。引用串聯(lián)校正裝置后，由于sd在根軌跡上，所以應(yīng)當(dāng)滿足相角條件，即 （35）圖10根據(jù)正弦定理有 （36） （37） （38）=176。)。m2F加在小車(chē)上的力Nx 小車(chē)位置mφ擺桿與垂直向上方向的夾角radθ擺桿與垂直向下方向的夾角radN擺桿與小車(chē)在水平方向的相互作用力NP擺桿與小車(chē)在豎直方向的相互作用力N1）對(duì)于小車(chē)小車(chē)水平方向的合力 （11）擺桿水平方向的合力 （12）擺桿水平方向的運(yùn)動(dòng)方程 （13）2)對(duì)于擺桿擺桿力矩平衡方程 （14）（注：因?yàn)?，所以等式前面有?fù)
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