單階倒立擺控制系統(tǒng)matlab實(shí)驗(yàn)報(bào)告-資料下載頁
2025-08-03 01:39本頁面
【正文】 將系統(tǒng)小車位置作為“外環(huán)”，而將擺桿擺角作為“內(nèi)環(huán)”，則擺角作為外環(huán)內(nèi)的一個(gè)擾動(dòng)，能夠得到閉環(huán)系統(tǒng)的有效抑制（實(shí)現(xiàn)其直立不倒的自動(dòng)控制）。 剩下的問題就是如何確定控制器（校正裝置）的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。（一）內(nèi)環(huán)控制器的設(shè)計(jì) 反饋校正控制的系統(tǒng)內(nèi)環(huán)框圖其中，Ks=內(nèi)環(huán)系統(tǒng)未校正時(shí)的傳遞函數(shù)為對于內(nèi)環(huán)反饋控制器可有PD，PI，PID三種可能的結(jié)構(gòu)形式，這里，不妨采用繪制各種控制器結(jié)構(gòu)下“系統(tǒng)根軌跡”的辦法加以分析比較，從之選出一種比較適合的控制器結(jié)構(gòu)。各種控制器的開環(huán)傳函的傳遞函數(shù)分別為：在Matlab下輸入以下程序用“湊試”的方法畫根軌跡圖：num=[分子]。den=[分母]。xlabel(39。Real Axis39。)。ylabel(39。Imag Axis39。)。axis([橫、縱坐標(biāo)范圍])。title(39。Root Locus39。)。grid。rlocus(num,den)下圖為各種控制器下的系統(tǒng)根軌跡： （a） PD （b） PD （c）PI d） PID 從根軌跡不難發(fā)現(xiàn)，采用PD結(jié)構(gòu)的反饋控制器，結(jié)構(gòu)簡單且可保證閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定。所以，選定反饋控制器的結(jié)構(gòu)為PD形式的控制器。首先暫定。這樣可以求出內(nèi)環(huán)的傳遞函數(shù)為： 仿真結(jié)果為：（二） 外環(huán)控制器的設(shè)計(jì)可見，系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)可視為一個(gè)高階（4階）且?guī)в胁环€(wěn)定零點(diǎn)的“非最小相位系統(tǒng)”，為了便于設(shè)計(jì)，需要首先對系統(tǒng)進(jìn)行一些簡化處理。（1）對內(nèi)環(huán)等效閉環(huán)傳遞函數(shù)的近似處理 將高次項(xiàng)忽略，有近似條件可由頻率特性導(dǎo)出，即由（2）得： （2）對象模型G1(s)的近似處理 由（3）得：由（4）得： ，所以，有取 再由“典型Ⅱ型”系統(tǒng)Bode圖特性（ ）知： ：系統(tǒng)框圖為：仿真結(jié)果：倒立擺位置在階躍信號(hào)下的響應(yīng)第四部分 單階倒立擺系統(tǒng)仿真結(jié)果系統(tǒng)的simulink仿真連接圖如下：仿真結(jié)果為：倒立擺在階躍信號(hào)下擺桿和小車位置的響應(yīng)從圖中容易可以看出建立的一階倒立擺控制系統(tǒng)在matlab中能夠?qū)崿F(xiàn)倒立擺的要求，能通過電動(dòng)機(jī)牽引機(jī)構(gòu)帶動(dòng)小車的移動(dòng)來控制擺桿和保持平衡。為了進(jìn)一步驗(yàn)證在不同擺桿下的，該一階倒立擺控制系統(tǒng)是否還具有魯棒特性可以分別取擺桿不同的質(zhì)量和擺長，進(jìn)行simulink仿真！由上圖可知，建立的一階倒立擺模型在不同擺長下能實(shí)現(xiàn)要求。但擺長不能過長！同理，建立的一階倒立擺模型在不同質(zhì)量的擺桿下能也實(shí)現(xiàn)要求，但同樣不能
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