直線一級倒立擺控制器設計_課程設計報告4(參考版)
2024-09-03 14:16本頁面
【正文】 。此外，在本次課程設計中，我還深刻感受到自己很多地方的不足，例如基礎知識掌握不扎實，參數(shù)調試不夠熟練等等，在以后的學習過程中力求不斷提高。其次，這次課程設計使我對控制系統(tǒng)的過程及其方法有了更深的理解，從指標要求到控制系統(tǒng)的建立，從建模到控制器的設計，都有了更好的掌握。 在這三周的控制系統(tǒng)的課程設計過程中我收獲了很多。之后再用 Matlab 進行仿真，檢測運行結果。第二周主要進行直線一階倒立擺的 PID 控制器設計，在第一周的建模結果的基礎上，進行 PID 系數(shù)的匹配與調試，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)上檢驗調試結果，并作進一步的調整。 哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學 在給定倒立擺干擾時，系統(tǒng)響應如下所示： 圖 10 施加干擾時的極點配置實時控制結果 從上圖可以看出， 系統(tǒng)的穩(wěn)定時間約為 3秒，達到設計要求 哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學 五．課程設計心得與體會 本次課程設計的時間是三周，其內容是針對直線一階倒立擺建立控制系統(tǒng)模型，根據(jù)技術參數(shù)和指標要求對系統(tǒng)進行 PID 控制器設計和極點配置控制器的設計。 哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學 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’ 的值分別設為 ， ， ，然后點擊“ OK”完成設置。0 0 0 2+2*i]。0 15 0 0。 D=[0 0]39。 C=[1 0 0 0。0 0 0]。0 0 0 0。 （ 2） 計算特征值 根據(jù)要求，并留有一定的裕量（設調整時間為 2秒），我們選取期望的閉環(huán)極點 ,其中： 其中是一對具有的主導閉環(huán)極點，位于主導閉環(huán)極點的左邊，因此其影響較小，因此期望的特征方程為： 因此可以得到： 由系統(tǒng)的特征方程： 因此有 系統(tǒng) 的反饋增益矩陣為： 哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學 （ 1） 確定使狀態(tài)方程變?yōu)榭煽貥藴市偷淖儞Q矩陣 T: 式中： 于是可以得到： （ 2） 狀態(tài)反饋增益矩陣 K為： 哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學 得到控制量為： 以上結果也可以用 MATLAB 編程計算，代碼如下： =[1800 – 0 900 – 0 233+ 4 – 0 ] =[ ] clear。 cona2=[C*B C*A*B C*A^2*B C*A^3*B D]。 D=[ 0 0 ]39。 C=[ 1 0 0 0。 0 0 0]。 0 0 0 0。 哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學 圖 42 倒立擺極點配置原理圖 極點配置步驟如下： （ 1） 檢驗系統(tǒng)可控性 檢驗可控性與可觀性的代碼如下： MATLAB 運行后得： clear。 下面采用極點配置的方法計算反饋矩陣 K。 （ 3） 確定使狀態(tài)方程變?yōu)榭煽貥藴市偷淖儞Q矩陣 T: 其中 M 為可控性矩陣， （ 4） 利用所期望的特征值，寫出期望的多項式 并確定 ， ，? 的值。 極點配置的設計步驟： （ 1） 檢驗系統(tǒng)的可控性條件。 圖 41 狀態(tài)反饋閉環(huán)控制原理圖 狀態(tài)方程為： 式中： X為狀態(tài)向量（ n維）， u為控制向量（純量）， A為 n x n 維常數(shù)矩陣， B為 n x 1維常數(shù)矩陣。 哈 爾 濱 工 業(yè) 大
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