基于matlab矩陣實(shí)驗(yàn)室的倒立擺控制系統(tǒng)仿真-展示頁
2024-09-10 10:18本頁面
【正文】 方法，得到期望的控制器。對(duì)于倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)定控制，具有重要的理論意義和重要的工程實(shí)踐意義。倒立擺常規(guī)的控制算法如 LQR 在倒立擺的控制中已被廣泛采用，模糊控制作為一種智能控制的方法，在一定程度上模仿了人的控制，它不需要有準(zhǔn)確的控制對(duì)象模型，作為一種非線性智能控制方法，已在多變量、時(shí)變、非線性系統(tǒng)的控制中發(fā)揮了重要的作用。很多被控對(duì)象都可以抽象成為倒立擺模型，在很多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，如機(jī)器人，航天領(lǐng)域等。本文以一級(jí)倒立擺為被控對(duì)象，用經(jīng)典控制理論設(shè)計(jì)控制器（PID控制器）的設(shè)計(jì)方法和用現(xiàn)代控制理論設(shè)計(jì)控制器（極點(diǎn)配置）的設(shè)計(jì)方法，通過MATLAB仿真軟件的方法來實(shí)現(xiàn)?；贛ATLAB的倒立擺控制系統(tǒng)仿真 基于MATLAB（矩陣實(shí)驗(yàn)室)的倒立擺控制系統(tǒng)仿真摘 要自動(dòng)控制原理（包括經(jīng)典部分和現(xiàn)代部分）是電氣信息工程學(xué)院學(xué)生的一門必修專業(yè)基礎(chǔ)課，課程中的一些概念相對(duì)比較抽象，如系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可控性、收斂速度和抗干擾能力等。倒立擺系統(tǒng)是一個(gè)典型的非線性、強(qiáng)耦合、多變量和不穩(wěn)定系統(tǒng)，作為控制系統(tǒng)的被控對(duì)象，它是一個(gè)理想的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，許多抽象的控制概念都可以通過倒立擺直觀地表現(xiàn)出來。關(guān)鍵詞： 一級(jí)倒立擺 PID控制器 極點(diǎn)配置 Inverted pendulum controlling systemsimulation based on the MATLABABSTRACTAutomatic control theory (including classical parts and modern parts) is a pulsory specialized fundamental course of the students majored in electrical engineering. Some of the curriculum concept is relatively abstract, such as the stability, controllability, convergence rate and the antiinterference ability of system. Inverted pendulum system is a typical nonlinear, strong coupling, multivariable and unstable system. It is an ideal teaching experimental equipment as a controlled object, by which many abstract control concepts can be came out directly. This paper chose firstorder inverted pendulum as the controlled object. First, the PID controller was designed with classical control theory. Then poleassignment method was discussed with modern control theory. At last, the effectness of the two methods was verified by MATLAB simulation software.KEY WORDS: Firstorder inverted pendulum PID controller poleassignment69目 錄摘 要 IABSTRACT II1 緒論 1 倒立擺的控制方法 1 MATLAB/Simulink簡介 1 主要內(nèi)容 12 一級(jí)倒立擺 1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡介 13 直線一級(jí)倒立擺的數(shù)學(xué)模型 1 直線一級(jí)倒立擺數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo) 1 微分方程模型 1 傳遞函數(shù)模型 1 狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型 1 系統(tǒng)階躍響應(yīng)分析 14 直線一級(jí)倒立擺PID控制器設(shè)計(jì) 1 PID控制分析 1 PID控制參數(shù)設(shè)定及MATLAB仿真 15 直線一級(jí)倒立擺狀態(tài)空間極點(diǎn)配置控制器設(shè)計(jì) 1 狀態(tài)空間分析 1 極點(diǎn)配置及MATLAB仿真 16 總結(jié) 1致謝 1參考文獻(xiàn) 11 緒論倒立擺起源于20世紀(jì)50年代，是一個(gè)典型的非線性、高階次、多變量、強(qiáng)耦合、不穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，能有效地反映諸如穩(wěn)定性、魯棒性等許多控制中的關(guān)鍵問題，是檢驗(yàn)各種控制理論的理想模型。它不但是驗(yàn)證現(xiàn)代控制理論方法的典型實(shí)驗(yàn)裝置，而且其控制方法和思路對(duì)處理一般工業(yè)過程亦有廣泛的用途。人們已利用多種控制策略實(shí)現(xiàn)了一至四級(jí)倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。事實(shí)上,人們一直在試圖尋找不同的控制方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)倒立擺的控制,以便檢查或說明該方法對(duì)嚴(yán)重非線性和絕對(duì)不穩(wěn)定系統(tǒng)的控制能力。PID 控制、狀態(tài)反饋控制、LQR 控制算法是其典型代表。但對(duì)于像非線性較強(qiáng)、模型較復(fù)雜的多變量系統(tǒng)（三、四級(jí)以及多級(jí)倒立擺）線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的局限性就十分明顯，這就要求采用更有效的方法來進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。人們先后開展了預(yù)測控制、變結(jié)構(gòu)控制和自適應(yīng)控制的研究。（4） 魯棒控制方法雖然，目前對(duì)倒立擺系統(tǒng)的控制策略有如此之多，而且有許多控制策略都對(duì)倒立擺進(jìn)行了穩(wěn)定控制，但大多數(shù)都沒考慮倒立擺系統(tǒng)本身的大量不確定因素和外界干擾，目前對(duì)不確定倒立擺系統(tǒng)的魯棒控制問題進(jìn)行了研究并取得了一系列成果。經(jīng)過不斷更新和擴(kuò)充，該公司于1984年推出MATLAB的正式版，特別是1992年推出具有跨時(shí)代意義的MATLAB ，并于1993年推出其微機(jī)版，以配合當(dāng)時(shí)日益流行的Microsoft Windows操作系統(tǒng)。MATLAB以它的“語言”化的數(shù)值計(jì)算，強(qiáng)大的矩陣處理及繪圖功能，以及靈活的可擴(kuò)充性和產(chǎn)業(yè)化的開發(fā)思路，很快就為自動(dòng)控制界的研究人員所矚目。
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