【導讀】控制研究無論在理論上和方法上都有深遠的意義。制方法，設計出相應的PID控制器，并將控制過程在MATLAB上加以仿真。本文主要研究內容是：首先概述自動控制的發(fā)展和倒立擺系統(tǒng)研究的現(xiàn)狀；一步研究作一些展望。師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過的材料。究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文。不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權大學可以將本學位。印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。

　　

【正文】 建模仿真 用 Simulink 來搭建角度模糊控制器和位移模糊控制器 [36]，其仿真框圖如圖 51所示。通過模糊控制器模塊，可以和包含模糊控制器的 fis 文件聯(lián)系起來，還可以隨時改變輸入輸出論域，隸屬度函數(shù)以及模糊規(guī)則，方便仿真和調試。 S t e px39。 = A x+ B u y = C x+ D uS t a t e S p a ceS co p e2G a i n 30 . 5G a i n 22G a i n 1F u zzy L o g i c C o n t r o l l e r 2F u zzy L o g i c C o n t r o l l e r 1d u / d tD e r i va t i ve 1d u / d tD e r i va t i ve0 . 0 0C o n s t a n t 2A d d 圖 模糊控制 Simulink 模塊 山東科技大學學士學位論文 總結與展望 2 圖 模糊控制仿真曲線 仿真結果如上圖所示，其中下滑的是小車位移曲線，振蕩的是擺桿角度曲線，可以看出小車在 6秒以后基本穩(wěn)定在一個點上，而擺桿在將近 4 秒的時候穩(wěn) 定在一個角度上。超調量為 10%。控制效果很理想了。 第 5章 總結與展望 本次畢業(yè)設計的內容主要是關于直線一級倒立擺系統(tǒng)的 PID控制設計，其中涉及了關于自動控制方面的很多知識，尤其是 PID控制。也有關于數(shù)學建摸方面的知識以及 MATLAB軟件的應用。此次畢業(yè)設計任務是建立直線一級倒立擺系統(tǒng)的數(shù)學模型，在系統(tǒng)內加一個PID控制器，使其構成一個閉環(huán)系統(tǒng)，并進行 MATLAB仿真，給出實際控制曲線和控制器參數(shù)并進行分析。 本文首先敘述了倒立擺控制技術的發(fā)展及國內外的研究現(xiàn)狀，推導了直線一階倒立擺的數(shù)學模型；隨后設計 了一階倒立擺的極點配置、最優(yōu)控制方案，并用 MATLAB對控制方案進行了仿真；根據(jù)設計在仿真軟件 MATLAB的 Simulink工具箱中 選取 模塊 ，最終完成了控制系統(tǒng)的仿真與調試，取得了一些成果和經驗并得到了一些結論。 (1) 直線一階倒立擺系統(tǒng)的數(shù)學模型采用經典力學進行建模分析，簡單易懂，但需要羅列和解算大量微分方程。 (2) 通過極點配置、最優(yōu)控制算法研究倒立擺的穩(wěn)定控制，鞏固了現(xiàn)代控制理論這一在工程實踐中有著廣泛應用且相當成熟的理論。 (3) 通過在對干擾條件下的仿真結果和無干擾條件下的仿真結果的對比，可以看出極點配置控制 、最優(yōu)控制控制的優(yōu)缺點，同時也可以看出本次設計控制系統(tǒng)的控制器具有很好的穩(wěn)定性和抗干擾性。 (4) 整個系統(tǒng)的設計過程，是對專業(yè)知識融會貫通的過程，將 《自動控制理論》課程中的理論知識與實際問題相結合。 同時也提高了對相關學科的掌握，如進一步熟練了數(shù)學工具 MATLAB 的運用，了解了從實際問題分析，系統(tǒng)建模，控制器設計，系統(tǒng)仿真的整個山東科技大學學士學位論文 總結與展望 2 過程。 經過假設忽略了一些次要的因素后，但仿真出來的結果還有一個不穩(wěn)定的系統(tǒng)。即仿真是一個不穩(wěn)定的曲線，因此要在開環(huán)系統(tǒng)中要加一個反饋，即加入一個 PID控制，使系統(tǒng)穩(wěn)定。在設計 PID控制器時，給小車上施加 1N的脈沖信號。 設計指標為 5秒。 。 滿足其兩個指標后，系統(tǒng)在很短的時間里穩(wěn)定下來，因此在這次畢業(yè)設計中，直線一級倒立擺系統(tǒng)在 PID控制器作用下才穩(wěn)定。 通過模擬仿真，證明此次的 KdKpKi , 的取值比較合理，能使系統(tǒng)達到設計所要求的相應指標，應該說此次設計是成功的。通過設計加深對所學自動控制課程的理解，同時涉及現(xiàn)代控制理論，對控制理論的認知進一步加深，領略到現(xiàn)代控制理論奧妙的同時提升了對 控制理論學習和研究濃厚的興趣。對自己今后工作學習打下了基礎，指明了學習方向。 就本文所涉及的范圍來說，研究的內容是有限的，只是對直線一級倒立擺系統(tǒng)控制方法進行了很小范圍的探索；由于沒有經驗，在進行仿真實驗中也遇到了許多問題，對控制系統(tǒng)參數(shù)的作用沒有完全能理解透徹，最后在老師的指導下，對控制算法中的每個參數(shù)進行了仔細的分析，逐步認識了其作用和對運動狀態(tài)的影響。 一階倒立擺僅是兩輸入單輸出系統(tǒng)，還有更復雜的高階強耦合系統(tǒng)，如二階倒立擺、三階倒立擺以及更多級數(shù)的倒立擺系統(tǒng)，對于這些復雜系統(tǒng)，極點配置和一般的最優(yōu)控制算法已經難以達到控制要求，需要學習應用諸如模糊控制、神經網(wǎng)絡控制、滑膜控制異或多種控制算法的結合，這些將是我的學習方向；此外仿真還不能完全模擬現(xiàn)實，倒立擺控制的實物控制也是理論結合實際的重要工作，在現(xiàn)場控制中還會遇到各種問題，處理和解決這些問題才是現(xiàn)場控制的關鍵所在，這也是我今后學習的方向。 此外由于本人的能力以及時間有限，設計編寫設計論文還存在著一些問題和不足之處，懇請各位閱讀本論文的學者老師批評指正，以便于使本次設計的內容得到進一步的改善和提高。 山東科技大學學士學位論文 總結與展望 2 致謝 在此，我首先要感謝我的導師老師，學位論 文從開始選題到最后定稿，始終得到了張老師的精心指導和幫助。他務實嚴謹、精益求精的治學態(tài)度和工作作風深深地感染著我，使我受益無窮！在做畢業(yè)論文期間，我參考了大量有關倒立擺的論文，掌握了一定的理論知識，完成了對倒立擺控制器的設計，鍛煉了自己分析問題、解決問題的能力，從而為今后的工作奠定了堅實的基礎。 在我的畢業(yè)論文即將完成之際，謹向所有在這段畢業(yè)設計過程中給予我指導和幫助的老師和同學表示深深的謝意。 真摯的感謝實驗室中的所有同學，是你們在學習和論文寫作過程中，給予我關心、大力支持和熱情的幫助！ 最后，向所有 關心和幫助過我的老師、同學和朋友表示由衷的謝意。 山東科技大學學士學位論文 總結與展望 2 湖南工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計 2 參考文獻 [1]黃堅 .自動控制原理及其應用 [M].北京：高等教育出版社， [2]孫德寶 .自動控制原理 [M].北京：化學工業(yè)出版社， [3]胡壽松 .自動控制原理（第四版） [M].北京：科學出版社， [4]周伯敏 .自動控制理論 [M].北京：機械工業(yè)出版社， [5]夏德鈐，翁貽芳 .自動控制理論 [M].北京：機械工業(yè)出版社， [6]劉時鵬 .MATLAB 環(huán)境下直線單級倒立擺系統(tǒng)實時控制實驗的研究與設計 [R].重慶大學自動化學院 , [7]實驗室 .倒立擺系統(tǒng)實驗指導書 [R]. 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