【正文】 小，但使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定所需的控制時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。綜上所述，說(shuō)明了當(dāng)系統(tǒng)受到外界干擾而偏離中心位置后，LQR控制器能夠使倒立擺系統(tǒng)在較短的時(shí)間內(nèi)能夠使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。這充分表明了LQR控制器能夠?qū)渭?jí)倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的控制。 旋轉(zhuǎn)一級(jí)倒立擺的LQR控制 旋轉(zhuǎn)一級(jí)倒立擺的實(shí)時(shí)控制圖 ，其中起擺模塊為引用封裝模塊，擺桿與旋臂的角度，角速度（需用高通濾波器求得）輸出以及LQR控制部分增益為自行設(shè)計(jì)。K=[2 35 3]. 旋轉(zhuǎn)倒立擺實(shí)時(shí)控制圖 旋轉(zhuǎn)一級(jí)倒立擺的控制結(jié)果 ，從最開(kāi)始的起擺到穩(wěn)定，以及在4s左右時(shí)加入擾動(dòng)后恢復(fù)平衡。 旋轉(zhuǎn)倒立擺旋臂與擺桿的角度響應(yīng) 結(jié)果分析 從響應(yīng)圖可以看出系統(tǒng)在起擺之后3s達(dá)到了平衡，但是旋臂并沒(méi)有回到初始位置，在4s時(shí)加入擾動(dòng)后，5s的時(shí)候系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)計(jì)的穩(wěn)定，旋臂回到了初始位置，擺桿也達(dá)到了平衡。說(shuō)明LQR理論較好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)旋轉(zhuǎn)倒立擺的控制。 本章小結(jié) 第四章是系統(tǒng)的程序仿真以及實(shí)際設(shè)備控制。通過(guò)MATLAB軟件對(duì)其系統(tǒng)建立系統(tǒng)模型圖，然后進(jìn)行編程，輸出系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行實(shí)際設(shè)備的操作控制，并進(jìn)行各種控制方法結(jié)果的分析。第五章 總結(jié)本文是在研究了單級(jí)倒立擺的基礎(chǔ)上完成的，目的是運(yùn)用MATLAB仿真軟件以及實(shí)際設(shè)備，實(shí)現(xiàn)通過(guò)PID控制、狀態(tài)空間反饋控制和LQR控制三種方法來(lái)對(duì)單級(jí)倒立擺進(jìn)行控制，它基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了控制方法對(duì)倒立擺的穩(wěn)定控制。并使我對(duì)于自動(dòng)控制理論的整體認(rèn)知程度提升的一大截，從最開(kāi)始的理論學(xué)習(xí)、建模分析、參數(shù)計(jì)算、程序仿真、控制圖搭建到最后的設(shè)備調(diào)整，整個(gè)步驟基本完整的展現(xiàn)了自動(dòng)控制理論在實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用以及研究流程。全文對(duì)倒立擺的研究的背景及意義做了簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)倒立擺在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及倒立擺控制方法的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了綜述。在此基礎(chǔ)上對(duì)單級(jí)倒立擺的運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行了分析研究，對(duì)系統(tǒng)的非線性問(wèn)題做了線性化處理，并建立了系統(tǒng)的模型框圖。在控制器的選擇上做了一定的研究，并學(xué)習(xí)了MATLAB仿真軟件的基本編程和使用。在眾多控制方法中，我選擇了PID控制、狀態(tài)反饋控制與LQR控制。此三種方法彼此有較好的對(duì)比性并且基本代表了單級(jí)倒立擺的主體控制方法。結(jié)果表明，LQR控制具有易于分析、處理、計(jì)算等特點(diǎn)，能夠在較小的控制量輸入范圍內(nèi)對(duì)倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行有效的穩(wěn)定控制。而PID控制相比于另外兩種控制方法是經(jīng)典線性單輸出控制，不能控制滑塊位移，但思路明確簡(jiǎn)單。這說(shuō)明方法各有特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中，我們應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況需求來(lái)選擇恰當(dāng)?shù)目刂品椒?。在?shí)際的研究過(guò)程中雖然遇到不少困難，但經(jīng)過(guò)不斷努力最后成功地搭建了該系統(tǒng)，在實(shí)際運(yùn)行中該系統(tǒng)運(yùn)行基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。致 謝本課題是在辛菁導(dǎo)師以及韓學(xué)長(zhǎng)的精心指導(dǎo)下完成的。本文在課題選擇和研究過(guò)程中自始至終都得到了辛菁導(dǎo)師的親切關(guān)懷、悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求。從論文的選題、研究思路和論文撰寫(xiě)方面辛菁導(dǎo)師都提出了許多寶貴的意見(jiàn)和建議，在細(xì)節(jié)方面也作出了提示及幫助，使得論文的研究工作得以順利開(kāi)展。辛菁導(dǎo)師諄諄教誨與無(wú)微不至的關(guān)懷使我受益終生，不僅為今后從事科學(xué)研究工作培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)、扎實(shí)、認(rèn)真的工作態(tài)度，而且還培養(yǎng)了樂(lè)觀上進(jìn)、積極進(jìn)取、團(tuán)結(jié)協(xié)作和頑強(qiáng)拚搏的工作精神，在此謹(jǐn)向他表示衷心的感謝！同時(shí)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，還得到韓學(xué)長(zhǎng)的大力支持與幫助，并且提出了許多寶貴的意見(jiàn)和建議，在此我要對(duì)他表示衷心的感謝。由于作者的水平有限，論文中難免有不足之處，誠(chéng)摯的懇請(qǐng)各位專(zhuān)家、教授給予批評(píng)指正。最后，向百忙之中審閱本文的各位老師致以崇高的敬意和深深的謝意！同時(shí)，還要感謝曾給予我關(guān)心和幫助的西安理工大學(xué)自動(dòng)化與信息工程學(xué)院的各位老師和同學(xué)。最后，對(duì)即將參加論文評(píng)議、評(píng)閱和對(duì)本論文提出寶貴意見(jiàn)的所有專(zhuān)家和老師表示誠(chéng)摯的感謝。 周冰 2014年6月參考文獻(xiàn)[1] 直線一級(jí)倒立擺實(shí)驗(yàn)教程[M].深圳:固高科技有限公司，2012.[2] 孫志雄，[N].博士專(zhuān)家論壇，200912.[3] 劉璟，[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2007(1)：1621.[4] QUBESERVO WorkbookInstructor Version[M].Canada:Quanser .[5] 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項(xiàng)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)）：理工類(lèi)設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等）。：任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。、圖表要求：1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書(shū)寫(xiě)字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫(xiě)2）工程設(shè)計(jì)類(lèi)題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書(shū)寫(xiě)，不準(zhǔn)用徒手畫(huà)3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁(yè)以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上5）軟件工程類(lèi)課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它51