1、 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 基于 LabVIEW 的倒立摆控制系统设计 姓 名 学 院 信息与电气工程学院 专 业 电气工程及其自动化 年 级 学 号 指导教师 2014 年 5 月 15 日 目 录 1 引言 . 2 2 倒立摆系统组成和 LABVIEW 介绍 . 2 2.1 倒立摆系统组成 2 2.1.1 倒立摆分类 2 2.2 LABVIEW 简介 3 2.2.1 LABVIEW 控件的简单介绍 . 4 3 倒立摆系统的建模与分析 5 3.1 倒立摆系统的建模 5 3.1.1 倒立摆系统建模原理 . 6 3.1.2 系统状态空间模型 . 7 3.1.3 系统传递函数模型 . 8
2、 3.1.4 系统的前面板和程序框图 . 9 3.2 LQR 的分析与设计 12 3.2.1 LQR 的建模 . 12 3.2.2 LQR 的 VI 设计 14 3.3 基于 LABVIEW 的仿真 . 16 3.3.1 VI 的设计 . 16 3.3.2 VI 的实时仿真 . 19 4 总结与展望 . 22 4.1 总结 . 22 4.2 展望 . 23 参考文献 23 致 谢 . 24 1 基于 LabVIEW 的倒立摆控制系统设计 （信息与电气工程学院，电气工程及其自动化专业，2010 级 3 班,20103615375） 摘摘 要：要：倒立摆是一个高阶次、不稳定、多变量、非线性、强耦合
3、系统，其 原理是 现代控制理论 中最基本最具有代表性的原理1。 本文采用 LabVIEW8.5 软件对倒立摆系统进行建模，建模采用牛顿受力分析定律，得到系统的状态空间 模型、传递函数模型以及对系统的稳定性的分析。应用线性二次型最优控制算法 （LQR) 2控制系统的稳定性，最终实现了倒立摆控制系统的建模、计算、分析 等计算机仿真过程,验证倒立摆控制系统设计的有效性。 关键词：关键词：倒立摆； LabVIEW；二次型最优控制算法; Inverted Pendulum Control System Design Based on LabVIEW Abstract：Inverted pendulum
4、is a higher, multivariate and non-linear system, with characteristics of instability and close coupling. It is the most fundamental and representative principle in Theory of Modern Control. This paper uses LabVIEW, a control simulation software developed by NI, to visualize simulation. In order to i
5、mplement modeling, calculation, analysis and other computer simulation under inverted pendulum, it introduces control system design of LabVIEW8.5. First by using Newtons mechanics theory, modeling demonstrates state space model and transfer function model of inverted pendulum and its stable analysis
6、. Then this paper uses LQR (Linear Quadratic Regulator) to control the stability of this system. Finally it introduces LabVIEW to implement simulation and verify the validity of inverted pendulum. Keywords: inverted pendulum; LabVIEW; LQR. 2 1 引言 谈到倒立摆系统我们并不陌生，在我们的接触当中，它由一个摆杆和小车构 成。其工作原理简单易懂：首先让小车做直线运动，此时摆杆开始摆动，一段时 间后，加入控制力使摆杆保持稳定，处于倒立的状态。由于其原理是现代控制 理论中最基本最具有代表性的原理，他是典型的不稳定、强耦合、多变量的系 统，这种系统广泛的应用在物理模型，机器人控制模型和火箭发射对接模型中。 他已经成为人们研究各种控制理论的基本理论。倒立摆的构成非常简单，形象又 美观，控制参数简易，成本
