基于MAＴＬＡB的倒立摆控制系统仿真

摘　 要

自动控制原理(包括经典部分和现代部分)是电气信息工程学院学生的一门必修专业基础课，课程中的一些概念相对比较抽象，如系统的稳定性、可控性、收敛速度和抗干扰能力等。倒立摆系统是一个典型的非线性、强耦合、多变量和不稳定系统，作为控制系统的被控对象，它是一个理想的教学实验设备,许多抽象的控制概念都可以通过倒立摆直观地表现出来。本文以一级倒立摆为被控对象，用经典控制理论设计控制器(ＰＩD控制器)的设计方法和用现代控制理论设计控制器(极点配置)的设计方法,通过ＭATLAＢ仿真软件的方法来实现。

关键词:　一级倒立摆 ＰＩＤ控制器 极点配置

Invertｅd　penｄulum cｏｎtroｌlinｇ ｓysｔem

ｓimulation ｂasｅｄ on tｈe MATＬAB

ＡＢSＴRACT

Ａutｏmａｔiｃ　coｎtroｌ tｈｅory (ｉnｃludｉng classicaｌ partｓ and mｏｄern ｐarts) is a　compｕlsｏｒy 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 aｎti-ｉnｔerfeｒence　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　fｉrst-order inveｒｔｅｄ　penduｌum as thｅ　coｎtｒｏlled　objeｃt. Fiｒst, the ＰID　controｌler ｗａｓ designed witｈ clａssiｃal cｏntｒol tｈeｏry． Theｎ pole－ａssigｎment ｍethod　was ｄｉscusseｄ　with　mｏdern control ｔheｏry. Aｔ laｓt, the　efｆｅctneｓｓ of ｔhｅ tｗo　ｍｅthods was　ｖerifiｅｄ ｂｙ MＡTLＡB sｉmulatioｎ　ｓｏｆtwaｒe.

KＥY WＯRＤS: Ｆｉｒｓt-oｒｄｅｒ invertｅd peｎdｕlum PID ｃｏntroｌｌｅr 　 pole-aｓｓignｍent

目　 录

TＯC \o ＂1-3＂ \h \ｚ \u

HYPEＲＬＩNK ＡＢSＴRＡCT　ＰAGEREF ＿Toc32562267３ \h　ＩI

HＹPERLINK ＼l ＂_Toc32562２６74" １　绪论 PAGEＲEF ＿Tｏc3２５6２26７4 ＼ｈ　１

ＨYPＥRLINK 1．1 倒立摆的控制方法 ＰAＧERＥF _Ｔoc3２5６22675 ＼h　1

ＨYPＥRＬINK \ｌ　＂_Toc325６２26７6" 1.2 ＭＡTLAB／Ｓimuｌｉnk简介 PAGEＲEＦ　_Tｏc3２56２267６　\h　2

1.３ 主要内容 PAGＥREＦ _Ｔoｃ3２562２6７7 \h　3

HＹPERLINK 2　一级倒立摆 PAGERＥF _Toc3256２２678 ＼h　３

ＨＹPERLINK 2．1　实验设备简介?　PAＧEＲEF _Toc325622679 \h 3

HYPERLＩＮＫ \l ＂_Ｔoc３25622６８0" 3 直线一级倒立摆的数学模型　PＡＧEREF _Tｏc３2５6２26８０ \h 4

ＨYＰEＲLINK \l ＂_Tｏｃ３２５62２６81"　３.1 直线一级倒立摆数学模型的推导　PＡGＥＲEF _Toc３２5６22６81 \h　4

ＨYPERLＩNK ＼l "_Toc３２56２2682"　３.1.1 微分方程模型 PＡＧＥREF _Toc3２562２68２ \h ６

ＨYＰEＲLIＮＫ 3.１.2　传递函数模型? PAGＥＲＥF　_Ｔoc3256２2683　\h 7

HＹ