倒立擺課程設(shè)計(jì)--倒立擺系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)-資料下載頁(yè)
2025-01-16 10:10本頁(yè)面
【正文】 ，幅值裕量Gm=20dB，均符合設(shè)計(jì)要求。 下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真啟動(dòng)simulink開(kāi)始進(jìn)行仿真，得到的仿真圖如下 圖55 頻域校正仿真圖運(yùn)行后打開(kāi)scope，可以看到下圖 圖56 scope中的內(nèi)容 從上圖我們可以分析出，加入超前矯正裝置之后，系統(tǒng)變得穩(wěn)定了，雖然從前面的bode圖我們可以看出，系統(tǒng)完全滿足了設(shè)計(jì)要求，但是，仿真后的結(jié)果并不是十分理想，系統(tǒng)的超調(diào)量大約為23%,并不是十分優(yōu)秀。 綜上所述，我們得出了頻域法校正的結(jié)果6 PID控制器的設(shè)計(jì) PID控制器簡(jiǎn)介PID 控制器是一個(gè)在工業(yè)控制應(yīng)用中常見(jiàn)的反饋回路部件。這個(gè)控制器把收集到的數(shù)據(jù)和一個(gè)參考值進(jìn)行比較，然后把這個(gè)差別用于計(jì)算新的輸入值，這個(gè)新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達(dá)到或者保持在參考值。和其他簡(jiǎn)單的控制運(yùn)算不同，PID控制器可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和差別的出現(xiàn)率來(lái)調(diào)整輸入值，這樣可以使系統(tǒng)更加準(zhǔn)確，更加穩(wěn)定?？梢酝ㄟ^(guò)數(shù)學(xué)的方法證明，在其他控制方法導(dǎo)致系統(tǒng)有穩(wěn)定誤差或過(guò)程反復(fù)的情況下，一個(gè)PID反饋回路卻可以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定。 控制器設(shè)計(jì)要求開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)：設(shè)計(jì)或調(diào)整PID控制器參數(shù)，使得校正后系統(tǒng)的性能指標(biāo)滿足：最大超調(diào)量：調(diào)整時(shí)間： PID控制器仿真打開(kāi)matlab/sumilink，設(shè)計(jì)仿真圖如下： 61 仿真圖之后開(kāi)始仿真，PID控制器的參數(shù)調(diào)整很大程度上基于經(jīng)驗(yàn)，由于沒(méi)有任何參考，所以第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)我們將參數(shù)設(shè)定為PID分別設(shè)定為200、10,10，觀察結(jié)果。從scope1，我們觀察到的結(jié)果如下 ： 62 首次仿真結(jié)果從這次仿真的結(jié)果我們可以看出，雖然仿真后達(dá)到要求，但是超調(diào)量超過(guò)了30%，不符合要求，我們需要增大和，在進(jìn)行嘗試， 63 第二次仿真結(jié)果上圖的結(jié)果，對(duì)應(yīng)的PID值為200,180,16，從圖上的結(jié)果我們可以看出，調(diào)節(jié)時(shí)間符合要求，但是超調(diào)量依然不理想，并且穩(wěn)態(tài)誤差并沒(méi)有完全消除，所以必須繼續(xù)調(diào)整和調(diào)整超調(diào)量，并且在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，也要改動(dòng)使穩(wěn)態(tài)誤差不至于過(guò)大，且不會(huì)使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，這樣的設(shè)計(jì)結(jié)果才能滿足要求。經(jīng)過(guò)多次的反復(fù)嘗試，我們終于得到了最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：=200，=250，=20Scope中的圖像如下： 64 scope最終結(jié)果從最終結(jié)果獲得的圖像來(lái)看，超調(diào)量得到了一定的改善，但是調(diào)節(jié)時(shí)間有了一定的增加，從這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們可以更加深刻的理解到：各種性能指標(biāo)之是間相互制約的關(guān)系，改善了某個(gè)性能指標(biāo)后，其他的性能指標(biāo)必然會(huì)變差，不存在完美的系統(tǒng)。綜上所述，我們經(jīng)過(guò)多次反復(fù)調(diào)試所獲得的結(jié)果：=200、=250、=20是可以滿足設(shè)計(jì)要求的。 7總結(jié)及心得體會(huì) 本次的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我學(xué)會(huì)了很多有用的東西，現(xiàn)在對(duì)我這兩周以來(lái)的工作進(jìn)行一次總結(jié)。1) 首先，通過(guò)分析，我發(fā)現(xiàn)直線一級(jí)倒立擺本身是不穩(wěn)定的系統(tǒng)，但通過(guò)數(shù)學(xué)建摸分析可以建立起小車(chē)加速度與擺桿角度間的傳遞函數(shù)，然后應(yīng)用控制理論的方法，借助Matlab和Simulink軟件，可以分析出系統(tǒng)的特性以及調(diào)節(jié)方向。通過(guò)查閱各種書(shū)籍資料，我發(fā)現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)直線一級(jí)倒立擺的校正，大致有三種方式，分別是根軌跡法，頻率法外以及PID調(diào)節(jié)法。這次的課程設(shè)計(jì)，我嘗試著使用這三種方法校正原來(lái)的系統(tǒng)，均取得了比較滿意的效果。本次的課程設(shè)計(jì)不光鍛煉了我課下查閱資料的能力，也使我將理論與實(shí)踐結(jié)合的能力有了一定的提升?？偟膩?lái)說(shuō)，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我的個(gè)人綜合能力獲得了很大的提高。2) 本次課程設(shè)計(jì)中學(xué)到的東西：運(yùn)用根軌跡法進(jìn)行校正時(shí)，我明白了，雖然校正過(guò)的系統(tǒng)與未校正相比，性能會(huì)有一定的改善，但這并不意味著校正后的系統(tǒng)就一定會(huì)滿足設(shè)計(jì)時(shí)的預(yù)期指標(biāo)，有些時(shí)候，靈活的運(yùn)用自己學(xué)過(guò)的知識(shí)，在必要的時(shí)候?qū)刂破鬟M(jìn)行一些簡(jiǎn)單的參數(shù)調(diào)節(jié)往往會(huì)取得令人滿意的效果。運(yùn)用頻域法校正時(shí)，我了解到，雖然系統(tǒng)的頻域性能指標(biāo)非常優(yōu)秀，但是這個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能仍然不一定出色，想要完全了解一個(gè)系統(tǒng)，就要從多個(gè)角度對(duì)這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析。在用PID調(diào)節(jié)法進(jìn)行校正的時(shí)候，我深刻的體會(huì)到，各種性能指標(biāo)之間是相互制約的，如果某一個(gè)性能指標(biāo)變好的話，必然會(huì)有其他的性能指標(biāo)相應(yīng)的變差，不存在各種性能指標(biāo)都非常完美的系統(tǒng)。3) 自動(dòng)控制原理這門(mén)課程對(duì)于自動(dòng)化的學(xué)生來(lái)說(shuō)是一門(mén)非常重要的課程，現(xiàn)在的社會(huì)有越來(lái)越多的場(chǎng)合開(kāi)始使用自動(dòng)化，很多裝置以及系統(tǒng)都需要用自動(dòng)控制原理中的方法來(lái)進(jìn)行控制，以達(dá)到所需的效果。課程設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的前提，是理論與實(shí)驗(yàn)的綜合，也能夠使我們更好的了解書(shū)本知識(shí)以及相關(guān)的軟件操作并提高自己的動(dòng)手能力。如果說(shuō)，書(shū)本的內(nèi)容是枯燥乏味的，那么這次課程設(shè)計(jì)無(wú)疑讓我們有個(gè)機(jī)會(huì)親身體驗(yàn)了將理論運(yùn)用到實(shí)踐中的困難以及解決問(wèn)題后的喜悅。4) 課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，在兩周時(shí)間內(nèi)，我付出了很多，也收獲了很多，感謝一直幫助我們的各位指導(dǎo)老師，我一定會(huì)好好珍惜這份經(jīng)歷，吸取經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。在將來(lái)能夠更好得去學(xué)習(xí)理論知識(shí)，學(xué)習(xí)運(yùn)用能力。 參考文獻(xiàn)[1] 涂植英，:重慶大學(xué)出版社,2005[2] :科學(xué)出版社,2001[3] Katsuhiko :電子工業(yè)出版社,2003[4] ,2005[5] 固高科技有限公司. 倒立擺與自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn),2005[6] 叢爽，：電子工業(yè)出版社，2006[7] 百度文庫(kù) ，倒立擺控制系統(tǒng) 23
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