直線一級倒立擺控制器設(shè)計課程設(shè)計報告-wenkub.com
2025-07-17 04:27 本頁面
【正文】 此外，在本次課程設(shè)計中，我還深刻感受到自己很多地方的不足，例如基礎(chǔ)知識掌握不扎實，參數(shù)調(diào)試不夠熟練等等，在以后的學(xué)習(xí)過程中力求不斷提高。在這三周的控制系統(tǒng)的課程設(shè)計過程中我收獲了很多。第二周主要進行直線一階倒立擺的PID控制器設(shè)計，在第一周的建模結(jié)果的基礎(chǔ)上，進行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)，然后到實驗室進行一階倒立擺的實物系統(tǒng)上檢驗調(diào)試結(jié)果，并作進一步的調(diào)整。實驗步驟如下：（1） 進入 MATLAB Simulink 實時控制工具箱“Googol Education Products”打開“ Inverted Pendulum\Linear Inverted Pendulum\Linear 1Stage Pendulum Experiment\ LQR Control Experiments”中的“LQR Control Demo” ）圖 44 狀態(tài)空間極點配置實時控制程序（2） 點擊Controller模塊將Kx, Kx’,Ka,Ka’， ， ，然后點擊“OK”完成設(shè)置。PendAng39。CartPos39。plot(T,X(:,4),39。plot(T,X(:,3),39。plot(T,X(:,2),39。plot(T,X(:,1),39。Cn=[1 0 0 0]。Cc=[C]。1 0 0 0]。M=[B A*B A^2*B A^3*B]。0 0 22*i 0。0 0 1 0]。0 0 0 1。rank(cona1) rank(cona2)MATLAB運行后得：ans = 4 （rank(cona1)）ans = 2 （rank(cona2)）可以看出，和一級倒立擺相同，系統(tǒng)的狀態(tài)完全可控性矩陣的秩等于系統(tǒng)的狀態(tài)維數(shù)，系統(tǒng)的輸出完全可控性矩陣的秩等于系統(tǒng)輸出向量y的維數(shù)，所以系統(tǒng)可控，因此可以對系統(tǒng)進行控制器的設(shè)計，使系統(tǒng)穩(wěn)定。 0 1 0 0]。 0 0 0 1。倒立擺極點配置原理圖如圖42所示。（2） 從矩陣A的特征多項式來確定，的值。狀態(tài)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖如圖41所示。 得到以下實控結(jié)果：圖 38 PID控制實驗結(jié)果由圖38可以看出，倒立擺可以實現(xiàn)較好的穩(wěn)定性。 （進入MATLAB Simulink 實時控制工具箱“Googol Education Products”打開“Inverted Pendulum\Linear Inverted Pendulum\Linear 1Stage Pendulum Experiment\ PID Experiments”中的“PID Control Demo” ）圖 37 MATLAB實時控制界面2) 雙擊“PID Controller”模塊打開PID參數(shù)設(shè)置界面，將Kp、KI、KD分別設(shè)為50，20，10。前面的討論只考慮了擺桿角度，那么，在控制的過程中，小車位置如何變化呢？小車的位置輸出為：通過對控制量v雙重積分即可以得到小車位置。 這個控制問題和我們之前遇到的標準控制問題有些不同，在這里輸出量為擺桿的位置，它的初始位置為垂直向上，我們給系統(tǒng)施加一個擾動，觀察擺桿的響應(yīng)。簡單說來，PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下：(1) 比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。系統(tǒng)由模擬PID控制器KD(s)和被控對象G(s)組成。擺桿角度和小車位移的傳遞函數(shù)：（41） （42）擺桿角度和小車加速度之間的傳遞函數(shù)為： （43）擺桿角度和小車所受外界作用力的傳遞函數(shù)：以外界作用力作為輸入的系統(tǒng)狀態(tài)方程：（44）以小車加速度為輸入的系統(tǒng)狀態(tài)方程：（45） 上面已經(jīng)提到系統(tǒng)的狀態(tài)方程，先對其進行階躍響應(yīng)分析，在Matla
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