自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)——倒立擺系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)-展示頁
2024-09-07 21:10本頁面
【正文】 .......................................................................................... 7 ............................................................................................................... 9 2 開環(huán)響應(yīng)分析 ...................................................................................... 10 3 根軌跡法設(shè)計(jì) ...................................................................................... 11 .................................................................................................... 11 ..................................................................................................................12 .........................................................................................12 .......................................................................................................13 Simulink仿真 ............................................................................................................18 4 頻率特性法 ......................................................................................... 18 頻率響應(yīng)分析 .............................................................................................................18 頻率響應(yīng)設(shè)計(jì) .............................................................................................................20 Simulink仿真 ............................................................................................................24 5 PID控制分析 ....................................................................................... 25 6 總結(jié) ..................................................................................................... 26 參考文獻(xiàn)： ............................................................................................. 26 姚浪：倒立擺系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì) 6 引言 隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，新的控制方法不斷出現(xiàn)，倒立擺系統(tǒng)作為檢驗(yàn)新的控制理論及方法有效性的重要實(shí)驗(yàn)手段得到廣泛研究。倒立擺的控制問題就是使擺桿盡快地達(dá)到一個(gè)平衡位置，并且使之沒有大的振蕩和過大的角度和速度。通過對(duì)倒立擺的控制，用來檢驗(yàn)新的控制方法是否有較強(qiáng)的處理非線性和不穩(wěn)定性問題的能力。倒立擺系統(tǒng)按擺桿數(shù)量的不同，可分為一級(jí) ，二級(jí)，三級(jí)倒立擺等，多級(jí)擺的擺桿之間屬于自由連接（即無電動(dòng)機(jī)或其他驅(qū)動(dòng)設(shè)備）。 本設(shè)計(jì)是以直線一級(jí)倒立擺為被控對(duì)象來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。 倒立擺系統(tǒng)的控制策略和雜技運(yùn)動(dòng)員頂桿平衡表演的技巧有異曲同工之處，極富趣味性，而且許多抽象的控制理論概念如系統(tǒng)穩(wěn)定性、可控性和系統(tǒng)抗干擾能力等等 ，都可以通過倒立擺系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)直觀的表現(xiàn)出來 。 姚浪：倒立擺系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì) 7 1 數(shù)學(xué)建模 直線一級(jí)倒立擺由直線運(yùn)動(dòng)模塊和一級(jí)擺體組件組成，是最常見的倒立擺之一。機(jī)理建模就是在了解研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)規(guī)律基礎(chǔ)上，通過物理、化學(xué)等學(xué)科的知識(shí)和數(shù)學(xué)手段建立起系統(tǒng)內(nèi)部變量、輸入變量以及輸出變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。對(duì)于倒立擺系統(tǒng)，由于其本身是自不穩(wěn)定的系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)建模存在一定的困難。 若忽略空氣阻力和 各種摩擦力，可將直線一級(jí)倒立擺系統(tǒng)抽象成小車和勻質(zhì)桿組成的系統(tǒng)，其受力情況如圖 1 所示。根據(jù)牛頓力學(xué)，建立起小車和擺桿的運(yùn)動(dòng)方程，進(jìn)而得到小車各種傳遞函數(shù)。 m2 F 加在小車上的力 N x 小車位置 m φ 擺桿與垂直向上方向的夾角 rad θ 擺桿與垂直向下方向的夾角 rad N 擺桿與小車在水平方向的相互作用力 N P 擺桿與小車在豎直方向的相互作用力 N 1）對(duì)于小車 小車水平方向的合力 （ 11） 擺桿水平方向的合力 （ 12） 擺桿水平方向的運(yùn)動(dòng)方程 （ 13） NxbFxM ??? ???)s in(22 ?lxdtdmN ?? ???? s inc os 2????? mlmlxm ???FmlmlxbxmM ????? ???? s i nc o s)( 2??????姚浪：倒立擺系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì) 9 2)對(duì)于擺桿 擺桿力矩平衡方程
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