直线一级倒立摆系统试验指导书自动控制综合试验yutaotang.pdf

直线一级倒立摆系统 实验指导书— 自动控制综合实验（2 ） 基于固高科技生产的GLIP2001直线一级倒立摆 北京邮电大学自动化学院 2013年5月 I 目 录 1 实验目的和要求 1 1.1 实验准备 1 1.2 实验报告内容 1 1.3 安全注意事项 1 2 倒立摆实验平台介绍2 2.1 硬件组成2 2.2 软件结构3 3、实验一：倒立摆数学建模及稳定性分析5 3.1 倒立摆动力学方程5 3.2 传递函数8 3.3 直线一级倒立摆闭环系统稳定性分析8 3.4 实验记录8 3.5 实验分析及思考题8 3.6 思考题8 4 、实验二：状态反馈控制9 4.1 实验目的9 4.2 实验要求9 4.3 实验设备9 4.4 实验原理9 4.5 实验步骤 12 4.6 实验记录 12 4.7 实验分析 13 4.8 思考题 13 5、实验三：不同状态下状态反馈控制效果比较 14 5.1 实验目的 14 5.2 实验要求 14 5.3 实验设备 14 5.4 实验原理 14 5.5 实验记录 18 5.6 实验分析 18 5.7 思考题 19 6、实验四：LQR 控制20 6.1 实验目的20 6.2 实验要求20 6.3 实验设备20 6.4 实验原理20 6.5 实验步骤22 6.6 实验记录22 6.7 实验分析23 6.8 思考题23 II 1 实验目的和要求 自动控制理论实验主要目的是通过实验进一步理解自动控制理论的基本概念，熟悉和掌握 控制系统的分析方法和设计方法，掌握常用工程软件使用，如MATLAB、LabVIEW等。 本实验指导书以典型控制理论实验设备直线一级倒立摆为被控对象，通过控制摆杆角度和 小车位移，使学生理解和掌握自动控制理论的基本原理和应用方法。 实验共覆盖了自动控制理论中的机理法建模、时域法分析和校正、根轨迹法分析和校正、 频域法分析和校正、复合校正、状态空间分析和状态反馈六部分内容。本实验指导书主要针对 现代控制理论之用。学生通过选择不同方法，确定不同参数，观察不同的实验效果，可以深入 理解控制方法之间的差异以及参数对控制系统性能指标的影响。 1.1 实验准备 实验准备是顺利完成实验内容的必要条件。实验准备的主要内容包括如下的几个方面： （1） 复习实验所涉及的MATLAB 软件和自动控制理论知识； （2） 熟悉实验的内容和步骤； （3） 根据实验要求，作必要的理论分析与推导，写好实验预习报告。 1.2 实验报告内容 实验报告包含以下的内容。可根据实验的具体情况和要求进行适当调整。 （1） 实验名称，目的，要求，设备等 （2） 有软仿真结构图、结果及分析； （2） 实验数据及图表齐全； （3） 实验结果及分析； （4） 回答思考题； （