单级倒立摆控制器设计及实现40本科毕业论文41.docVIP

(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 毕业设计（论文） 题 目 单级倒立摆控制器 设计与实现  单级倒立摆控制器设计与实现 摘 要 自然界中的许多系统都是非线性的，单级倒立摆系统（Single Level Inverted Pendulum System）就是一个典型多变量、不稳定和强耦合的非线性系统。它的这些特性使得许多抽象的控制理论概念如系统稳定性、可控性等等，都可以通过单级倒立摆系统实验直观的表现出来。而作为实验装置，倒立摆又具有成本低廉、结构简单、便于模拟、形象直观的特点。因此，目前许多控制理论的研究人员一直将它视为典型的研究对象，用于验证控制方法的正确性。 本设计首先建立倒立摆系统的数学模型，在熟悉线性系统的基本理论和非线性系统线性化的基本方法的基础上确定研究方案和实施的控制方法。通过MATLAB软件对倒立摆进行仿真实验，实现了倒立摆的平衡控制。并在此仿真实验的基础上使用硬件设备进行实际控制。  关键词： 单级倒立摆；控制方法；MATLAB；仿真；硬件 Abstract Many of the natural world System are nonlinear, and Single level Inverted Pendulum System is a typical variable, stable and strong coupling nonlinear System. These properties make many abstract concepts of control theory such as stability, controllability and so on, can all intuitive expression comes out through the single inverted pendulum system experiment. And, as an experimental device, it structure, convenient in simulation, image intuitively. Therefore, now many the researchers of control theory are always take it as the typical research object, using to prove the correctness of the control method. In this paper, first of all to building the inverted pendulum mathematics model, on the basic of the familiar with the basic theory of linear system and the basic methods of nonlinear system linearization, determining the system program of the research and the implementation of the system control method, as the all state feedback control of single stage of the inverted pendulum. Through the programming software MATLAB simulation experiment, realize the balance control of the inverted pendulum. The experimental results verify the validity and feasibility of the control method in this paper. Key words: Single Inverted Pendulum System；control method；MATLAB；simulation； 则系统状态反馈的动态方程为： , 3.4.2 单级倒立摆系统可控性分析 由之前整理得出的状态方程可知，直线一级倒立摆系统是单输入二输出的四阶系统。输入为滑块的加速度，输出为滑块的位移x、摆杆与垂直方向的夹角；系统有四个状态量，分别是滑块位移x，滑块速度 ，摆杆与垂直方向的夹角，摆杆与垂直方向上的角速度。由于系统是不稳定的，必须设计相应的控制系统，才可使系统稳定。 能控性秩判据： 对连续时间线性时不变系统： ,, 其中x为n维状