直線一級(jí)倒立擺控制器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告-資料下載頁(yè)
2025-07-20 04:27本頁(yè)面
【正文】 pa(3) pa(2) 1。pa(3) pa(2) 1 0。pa(2) 1 0 0。1 0 0 0]。T=M*W。K=[pj(5)pa(5) pj(4)pa(4) pj(3)pa(3) pj(2)pa(2)]*inv(T)Ac=[(AB*K)]。Bc=[B]。Cc=[C]。Dc=[D]。T=0::5。U=*ones(size(T))。Cn=[1 0 0 0]。Nbar=rscale(A,B,Cn,0,K)。B=[Nbar*B]。[Y,X]=lsim(Ac,B,Cc,Dc,U,T)。plot(T,X(:,1),39。39。)。 hold on。plot(T,X(:,2),39。.39。)。 hold on。plot(T,X(:,3),39。.39。)。 hold on。plot(T,X(:,4),39。.39。)。 legend(39。CartPos39。,39。CartSpd39。,39。PendAng39。,39。PendSpd39。)用MATLAB運(yùn)行得到的結(jié)果如下圖：圖 43 極點(diǎn)配置仿真結(jié)果 可以看出，倒立擺可以在2秒內(nèi)達(dá)到平衡，滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1） 進(jìn)入 MATLAB Simulink 實(shí)時(shí)控制工具箱“Googol Education Products”打開(kāi)“ Inverted Pendulum\Linear Inverted Pendulum\Linear 1Stage Pendulum Experiment\ LQR Control Experiments”中的“LQR Control Demo” ）圖 44 狀態(tài)空間極點(diǎn)配置實(shí)時(shí)控制程序（2） 點(diǎn)擊Controller模塊將Kx, Kx’,Ka,Ka’， ， ，然后點(diǎn)擊“OK”完成設(shè)置。（3） 編譯程序，建立連接，然后點(diǎn)擊運(yùn)行得到“Scope”的試驗(yàn)結(jié)果如下圖所示：圖 45 極點(diǎn)配置實(shí)時(shí)控制結(jié)果可以看出，系統(tǒng)可以在很小的震動(dòng)范圍內(nèi)保持平衡，小車振幅約為m。在給定倒立擺干擾時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)如下所示：圖 10 施加干擾時(shí)的極點(diǎn)配置實(shí)時(shí)控制結(jié)果 從上圖可以看出，系統(tǒng)的穩(wěn)定時(shí)間約為3秒，達(dá)到設(shè)計(jì)要求五．課程設(shè)計(jì)心得與體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)的時(shí)間是三周，其內(nèi)容是針對(duì)直線一階倒立擺建立控制系統(tǒng)模型，根據(jù)技術(shù)參數(shù)和指標(biāo)要求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行PID控制器設(shè)計(jì)和極點(diǎn)配置控制器的設(shè)計(jì)。在第一周，首先去實(shí)驗(yàn)室觀察了直線一階倒立擺的實(shí)物及其工作原理，然后對(duì)直線一階倒立擺進(jìn)行機(jī)理建模，對(duì)倒立擺進(jìn)行結(jié)構(gòu)的受力分析，進(jìn)而得到一階倒立擺的微分方程模型、傳遞函數(shù)模型以及狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型，最后用MATLAB對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，分析其系統(tǒng)階躍響應(yīng)。第二周主要進(jìn)行直線一階倒立擺的PID控制器設(shè)計(jì)，在第一周的建模結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行PID系數(shù)的匹配與調(diào)試，借助MATLAB仿真得到一組比較適合的系數(shù)，然后到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行一階倒立擺的實(shí)物系統(tǒng)上檢驗(yàn)調(diào)試結(jié)果，并作進(jìn)一步的調(diào)整。第三周主要進(jìn)行一階倒立擺的極點(diǎn)配置控制器設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)選取期望的閉環(huán)極點(diǎn)，然后求得反饋增益矩陣，進(jìn)而得到狀態(tài)反饋控制表達(dá)式。之后再用Matlab進(jìn)行仿真，檢測(cè)運(yùn)行結(jié)果。最后再到實(shí)驗(yàn)室的實(shí)物系統(tǒng)上進(jìn)行檢驗(yàn)與調(diào)試。在這三周的控制系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)過(guò)程中我收獲了很多。首先，在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)課本上的理論知識(shí)有了更深入的理解，尤其是對(duì)一些比較抽象的概念有了更切實(shí)的體會(huì)并得到了進(jìn)一步的鞏固。其次，這次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)控制系統(tǒng)的過(guò)程及其方法有了更深的理解，從指標(biāo)要求到控制系統(tǒng)的建立，從建模到控制器的設(shè)計(jì)，都有了更好的掌握。在實(shí)踐中深切體會(huì)到很多平時(shí)上課遇不到的問(wèn)題及其解決方法，增強(qiáng)了自己的實(shí)踐操作能力。此外，在本次課程設(shè)計(jì)中，我還深刻感受到自己很多地方的不足，例如基礎(chǔ)知識(shí)掌握不扎實(shí)，參數(shù)調(diào)試不夠熟練等等，在以后的學(xué)習(xí)過(guò)程中力求不斷提高。最后，感謝xxx老師對(duì)我的悉心幫助與指導(dǎo)。
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