課程設計報告——基于雙閉環(huán)pid控制的一階倒立擺控制系統(tǒng)設計-資料下載頁
2025-11-01 09:26本頁面
【導讀】首先建立了系統(tǒng)的數(shù)學模型,然后采用PID方法設計控制器,最后對控制系統(tǒng)進行了仿真實驗研究.仿真實驗結果不僅證明了PID方案對系統(tǒng)平衡控制的有效性，同時也展示了它們的控制品質和特性.。事實上,人們一直在試圖尋找不同的控制方法來實現(xiàn)對倒立擺的控制,以便檢查或說明該方法對嚴重非線性和絕對不穩(wěn)定系統(tǒng)的控制能力。本文討論了基于MATLAB的一階倒立擺雙閉環(huán)PID控制系統(tǒng)的建模與仿真,并整定出最優(yōu)控制參數(shù),同時分析了其魯棒性。系統(tǒng)包括計算機、運動控制卡、伺服機構、倒立擺本體和光電碼盤幾大部分,組成了一個閉環(huán)系統(tǒng)。光電碼盤1將小車的位移、速度信號反饋給伺服驅動器和運動控制卡,擺桿的位置、速度信號由光電碼盤反饋給控制卡。計算機從運動控制卡中讀取實時數(shù)據(jù),確定控制決策,并由運動控制卡來實現(xiàn)該控制決策,產(chǎn)生相應的控制量,使電機轉動,通過皮帶帶動小車運動,保持擺桿平衡。
【正文】 結構圖。如圖6。 圖6 系統(tǒng)仿真結構圖 仿真實驗綜合上述內容，有圖535所示的SIMULINK仿真系統(tǒng)結構圖。需要強調的是，其中的對象模型為精確模型的封裝子系統(tǒng)形式。系統(tǒng)仿真繪制子程序及仿真結果如下： 畫子程序﹪ Inverted PID﹪Singnals recuperation﹪Load T=signals(1,:)。Q=signals(2,:)。X= signals(3,:)。﹪drawing x(t)and theat(t)response signals﹪畫小車位置和擺桿角度的響應曲線Figure(1)hf=line(t,q(:))。grid onxlabel(‘Time’)ylabel(‘Angle evolution’)anis([0 10 ])annet=anes(‘Position’,get(gca,’Position’),... ‘XaxisLocation’,’bottom’,.. ‘YaxisLocation’,’right’,’color’,’none’,… ‘XColor’,’k’,’YColor’,’k’)。Ht=line(t,x,’color’,’r’,’parent’,axet)。Ylabel(‘Evolution of the x position’)Axis([0 10 ])Title(‘﹨theta(t)and x(t) Response to a step input’)Gtext(‘﹨leftarrow x(t)’),gtext(‘﹨theta(t)﹨uparrow’)其中：F:[1]+(u[3])power(u[2],2) (u[3])cos(u[3]))∕((cos(u[3]),2))F1:(u[3])u[1]+(u[3])cos(u[3])power(u[2],2)6sin(u[3]))∕((u[3],2) ) 仿真結果圖7給出了仿真實驗結果，從中可以看見，雙閉環(huán)PID控制方案是有效的。圖7 系統(tǒng)仿真結果圖為驗證控制系統(tǒng)的魯棒性，我們改變一下倒立擺系統(tǒng)的部分參數(shù)來檢驗系統(tǒng)是否具有魯棒性。例如：，只要將F和F1改為：F:(*u[1]+*sin(u[3])*power(u[2],2)*sin(u[3])*cos(u[3]))/(*power(cos(u[3]),2))F1:(*cos(u[3])u[1]+*sin(u[3])cos(u[3])*power(u[2],2)*sin(u[3]))/(*power(u[3],2))仿真結果如圖： 從仿真結果可見，控制系統(tǒng)仍能有效地控制并保證倒擺直立，并使小車移動到指定位置，系統(tǒng)有效。為了進一步驗證其魯棒性，并便于比較，不妨改變擺長和擺桿質量多做幾組實驗，結果如圖?？梢?，所設計的雙閉環(huán)PID控制在系統(tǒng)參數(shù)的一定變化范圍內能有效地工作，保持擺桿直立，并使小車有效定位，控制系統(tǒng)具有一定的魯棒性。參考文獻：《控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與CAD》 電子工業(yè)出版社 李國勇 謝客明 編著《自動控制原理》上、下冊 清華大學出版社 吳麒 主編《控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與CAD》 機械工業(yè)出版社 張嘵華 編著21
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