倒立摆PID控.doc

倒立摆的仿真与实时控制 摘 要 倒立摆系统是一个典型的快速、多变量、非线性、不稳定系统，对倒立摆的控制研究无论在理论上和方法上都有深远的意义。 本论文以实验室原有的直线一级倒立摆实验装置为平台，重点研究其PID控制方法，设计出相应的PID控制器，并将控制过程在MATLAB上加以仿真。 本文主要研究内容是：首先概述自动控制的发展和倒立摆系统研究的现状；介绍倒立摆系统硬件组成，对单级倒立摆模型进行建模，并分析其稳定性；研究倒立摆系统的几种控制策略，分别设计了相应的控制器，以MATLAB为基础，做了大量的仿真研究，比较了各种控制方法的效果；借助固高科技MATLAB实时控制软件实验平台；利用设计的控制方法对单级倒立摆系统进行实时控制，通过在线调整参数和突加干扰等，研究其实时性和抗千扰等性能；对本论文进行总结，对下一步研究作一些展望。 关键词：一级倒立摆，PID，MATLAB仿真 DESIGN AND RESEARCH OF INVERTED PENDELUM abstract Inverted pendulum system is a typical fast, multivariable, nonlinear and unstable system, the control of the inverted pendulum research both in theory and methods on have far-reaching significance. This paper by laboratory original straight line level inverted pendulum experiment device as a platform, focuses on the PID control method, designed the corresponding PID controller, and the control process simulation in MATLAB. This article main research content is: first Outlines the development of automatic control and the present situation of the inverted pendulum system research; Introduces the composition of hardware of inverted pendulum system, modeling of single-stage inverted pendulum model, and analyze its stability; Study several kinds of inverted pendulum system control strategy, the corresponding controller is designed, based on the MATLAB, do a lot of simulation Key words: primary inverted pendulum, PID, the MATLAB simulation 目 录 摘 要 I 目 录 III 第1章 自动控制概述 1 1.1 自动控制概念 1 1.1.1 开环控制 1 1.1.2 闭环控制 1 1.2 对控制系统的性能要求 2 第2章 MATLAB仿真软件的应用 4 2.1 MATLAB的基本介绍 4 2.2 控制系统的仿真 4 2.3 系统组成 6 2.3.1 倒立摆的组成 6 2.3.2 电控箱 6 2.4 .模型的建立 8 2.4.1 受力分析 8 2.4.2 数学模型 10 2.5 倒立摆特性 12 第3章 PID控制理论 13 3.1 PID控制概述 13 3.2 PID的控制规律 14 3.3 常用的PID控制系统 15 3.3.1 串级PID控制 15 3.4 PID控制原理的特点 16 3.5 PID参数的调整 16 第4章 模糊控制 17 4.1立体方案 17 4.2 控制器设计 18 4.2.1 角度模糊控制器 19 4.2.2 位移模糊控制器 19 4.2.3 建模仿真 20 第5章 总结与展望 22 参考文献 26  自动控制概述 1.1 自动控制概念 在现代科学技术的许多领域中，自动控制技术得到了广泛的应用，自动控制技术最显著的特征就是通过对各类机器，各种物理参量、工业生产过程