【正文】 ...................................... 21 仿真環(huán)境介紹 ....................................................................................... 21 GUI界面 ........................................................................................................... 22 S函數(shù)介紹 ........................................................................................................ 22 子系統(tǒng)的封裝 ................................................................................................... 24 本章小結(jié) .......................................................................................................... 24 5倒立擺的穩(wěn)定性控制及仿真 ......................................................................................... 25 倒立擺的穩(wěn)定控制方案比較 ............................................................................... 25 模糊控制算法 ........................................................................................... 25 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 .......................................................................................... 25 PID 控制的基本思想 ......................................................................................... 26 6總結(jié)與展望 ................................................................................................................. 34 畢業(yè)設(shè)計論文 5 1 緒論 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，實際工業(yè)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了各種各樣的控制難題，這就不斷的對自動控制理論提出新的挑戰(zhàn)，對這些挑戰(zhàn)性 問題的深入研究又推動著控制理論不斷地向前發(fā)展。 Matlab/Sumulink Simulation。 4. 最后在 Sumulink 環(huán)境下 實現(xiàn)是實時控制。 2. 設(shè) 計了 PID 控制器和線性二次型（ LQR）最優(yōu)控制器，對系統(tǒng)進行仿真對比研究，對不同的輸入響應以及不同的初始條件下的響應進行對比仿真， PID 控制器作為反饋傳遞函數(shù)，結(jié)構(gòu)簡單，但控制的效果稍差一些， LQR 最優(yōu)控制是一種較成熟的現(xiàn)代控制理論方法，其控制效果較好，可以用現(xiàn)在實時性要求較高的場合，但控制系統(tǒng)的復雜性、非線性的增加控制性能會降低，由此，我們需要研究更有效的控制方法。 本論文中，以一級倒立擺為研究對象，對它的起擺以及穩(wěn)擺控制做了研究。應用上，倒立擺廣泛應用于控制理論研究、航空航天控制、機器人、雜技頂桿表演等領(lǐng)域，在自動化領(lǐng)域中具有重要的價值。倒立擺研究具有重要的理論價值和 應用價值。倒立擺系統(tǒng)是一個典型的快速、多變量、非線性、不穩(wěn)定的系統(tǒng)。畢業(yè)設(shè)計論文 ] 本科畢業(yè)設(shè)計論文 直線一級倒立擺控制系統(tǒng)仿真 畢業(yè)設(shè)計論文 1 摘要 倒立擺系統(tǒng)是自動控制領(lǐng)域典型的試驗設(shè)備，它具有多變量、非線性、強耦合等特點，這些特點使倒立擺控制涉及控制理論的許多關(guān)鍵性問題，從而使倒立擺系統(tǒng)廣泛應用于 自動控制理論的研究與教學中。 對于倒立擺系統(tǒng)的控制研究長期以來被認為是控制領(lǐng)域里引起人們極大興趣的問題。研究倒立擺系統(tǒng)能有效地反映控制中的許多問題。理論上，它是檢驗各種新的控制理論和方法的有效實驗裝置。另外，由于此裝置成本低廉，結(jié)構(gòu)簡單，便于用模擬、數(shù)字等不同方式控制，在控制理論教學和科研中也有很多應用。主要研究工作如下： 1. 首先介紹了倒立擺系統(tǒng)的組成和控制原理，建立了一級倒立擺的數(shù)學模型，對倒立擺系統(tǒng)進行定性分析，證明倒立擺開環(huán)不穩(wěn)定的，但在平衡點是能控的能觀的。 3. 對設(shè)計的 PID 控 制器 和線性最優(yōu)控制器 利用 MATLAB 進行仿真實驗，調(diào)整參數(shù)，得到的仿真結(jié)果具有良好的控制效果。 關(guān)鍵詞： 直線一級倒立擺 ； MATAB/Sumulink 仿真；控制系統(tǒng)； PID控制器 畢業(yè)設(shè)計論文 2 Abstract Inverted pendulum system is typical test equipment in the automatic control fields. It has many characteristics such as multivariable, nonlinear and strong coupling. Inverted pendulum controls involve many key control theory issues. So it is widely used in research and teaching of automatic control theory. The control of inverted pendulum system has been long considered as an intriguing problem in control theory and pendulum system is a typical quick,multivariable,nonlinear and unstable it is a classic system that can reflect many problems which exist in control pendulum is a very important theory,It is well known as a test bed for new control throry and techniques. And in application many equipments such as aviation,robots can’ t do without inverted pendulum plant is in mon use in control teaching and research as it is also cheap and casy to it is amused and valuable for a senior student to do research on this subject. In this paper,single inverted pendulum is investigated, and we place emphaisi on the control of swingup and stability of the single inverted pendulum..Main research eork is declared below. 1. First,the posing and working principle of the inverted pendulum is introduced and its mathematic model is is proved its open control system is instability, but it is controllable and observable on equilibrium point. 2. PID controller and linear quadratic optimal (LQR) controller is designed. Also, through simulation in Matlab, response of different input and initial conditions of the two methods are pared and studied experiments show that PID controller is a simple atructure as feedback transfer its control effect is less perfect. LQR controller is a relatively sophisticated of modem control theort. Its control effect is refect. And it can be used in realtime control. Also the plexity of the accused system and the increase of nonlinearity will reduce the control performance. So , we should study more effective control methods. 3. And then , The inverted PID controller and linear quadratic 畢業(yè)設(shè)計論文 3 optimal (LQR) controller are simulated in Matlab software. The results of simulation from adjusting parameters show that the control method has good control ability. 4. Last, the control is achieved in Realtime Workshop of Simulink environment. Keywords:Straight level inverted pendulum。 The control system。自動控制理論的發(fā)展己經(jīng)歷經(jīng)了經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論，大系統(tǒng)理論和智能控制理論等一些新的理論三個階段，在控制理論發(fā)展的同時，人們發(fā)現(xiàn)倒立擺系統(tǒng)是理想的自動控制理論研究與教學實驗設(shè)備， 使用它能多方面的滿足自動控制理論研究與教學的要求，許多抽象的控制概念如系統(tǒng)穩(wěn)定性、 可控性、 收斂速度、抗干擾能力等，都可以通過倒立擺直觀地表現(xiàn)出來。它作為一個典型的實驗裝置，常用來檢驗控制方法對不穩(wěn)定、非線性和快速性系統(tǒng)的處理能力，故受到世界各國許多科學家的重視，從而用各種新的控制方法控制各種類型的倒立擺，成為具有挑戰(zhàn)性的課題之一。一方面由于倒立擺系統(tǒng)具有成本低廉，結(jié)構(gòu)簡單，物理參數(shù)和結(jié)構(gòu)易于調(diào)整的優(yōu)點，在實驗室條件下易于實現(xiàn)；此外對于倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)定控制，會涉及到控制中的許多關(guān)鍵問 題，比如鎮(zhèn)定問題、非線性問題、隨動問題、跟蹤問題以及魯棒性問題等，人們試圖通過倒立擺這樣一個復雜多變的控制對象，檢驗新的控制方法是否有較強的處理多變量、非線性和絕對不穩(wěn)定系統(tǒng)的能力，充分驗證新的控制方法的有效性及可靠性。例如，機器人行走過程中的平衡控制、火箭發(fā)射中的垂直度控制和衛(wèi)星飛行中的姿態(tài)控制、航空器對接控制技術(shù)中的欠自由度多級機械手臂定位控制等等，因此倒立擺的穩(wěn)定控制方法在軍工、航天、機器人領(lǐng)域和一般工業(yè)工程中有著很廣泛的用途 ，相關(guān)的科研成果己經(jīng)應用到航天科技和機器人學等諸多領(lǐng)域。 畢業(yè)設(shè)計論文 6 作為控制領(lǐng)域研究的熱點，倒立擺裝置不僅被公認為自動控制理論中的典型試驗設(shè)備， 同時也是控制理論教學和科研中不可多得的典型物理模型，通過對它的研究不僅可以解決控制中的理論問題，還能將控制理論涉及的三個主要基礎(chǔ)學科 :力學、數(shù)學和電學進行有機的綜合應用。 雖然倒立擺的結(jié)構(gòu)和形態(tài)各異，但是所有的倒立擺都具有以下特性： 1非線性 倒立擺是一個典型的非線性復雜系統(tǒng)，實際中可以通過線性化得到形態(tài)的近似模型，線性化處理后再進行控制。倒立擺的非線性控制正成為一個研究熱點。 耦合性 倒立擺的各級擺桿之間，以及和運動模塊之間都有很強的耦合關(guān)系，在倒立擺的控制中一般都在平衡點附近進行解耦計算，忽略一些次要的耦合量。 約束限制 由于機構(gòu)的限制，如運動模塊行程限制，電機力矩限制等。行程限制對倒立擺的擺起影響尤為突出，容易出現(xiàn)小車的撞邊現(xiàn)象 。后來人們研究的倒立擺的種類也由簡單的單級倒立擺迅速發(fā)展