自动控制理论课程设计---直线一级倒立摆控制器设计

1、 课课课课程程程程设设设设计计计计说说说说明明明明书书书书（论论论论文文文文） 课程名称： 自动控制理论 设计题目： 直线一级倒立摆控制器 院 系： 电气工程系 课程设计任务书课程设计任务书 课程设计题目：直线一级倒立摆控制器设计 已知技术参数和设计要求： 本课程设计的被控对象采用固高公司的直线一级倒立摆系统 GIP-100-L。 系统内部各相关参数为： M 小车质量 0.5 Kg ；摆杆质量 0.2 Kg ；b 小车摩擦系数 0.1 N/m/sec ； 摆杆转动轴 心到杆质心的长度 0.3 m ；mlI 摆杆惯量 0.006 kg*m*m ；T 采样时间 0.005 秒。 设计要求： 1推导

2、出系统的传递函数和状态空间方程。用 Matlab 进行阶跃输入仿真，验证控制 对象的稳定性。 2采用传统的时域或频域设计方法设计 PID 控制器，并给出设计步骤，使得当在小车 上施加 0.1N 的脉冲信号时，闭环系统的响应指标为： （1）稳定时间小于 5 秒； （2）稳态时摆杆与垂直方向的夹角变化小于 0.1 弧度。 3设计状态空间极点配置控制器，使得当在小车上施加 0.2m 的阶跃信号时，闭环系 统的响应指标为： （1）摆杆角度和小车位移 x 的稳定时间小于 3 秒 （2）x 的上升时间小于 1 秒 （3）的超调量小于 20 度（0.35 弧度） （4）稳态误差小于 2%。 工作量： 1.

3、建立直线一级倒立摆的线性化数学模型； 2. 倒立摆系统的 PID 控制器设计、MA TLAB仿真及实物调试； 3. 倒立摆系统的极点配置控制器设计、MA TLAB仿真及实物调试。 工作计划安排： 第 3 周： （1）建立直线一级倒立摆的线性化数学模型； （2）倒立摆系统的 PID 控制器设计、MATLAB 仿真； （3）倒立摆系统的极点配置控制器设计、MATLAB 仿真。 第 4 周：实物调试； 撰写课程设计论文。 同组设计者及分工： 各项工作独立完成 指导教师签字_ 年 月 日 教研室主任意见： 教研室主任签字_ 年 月 日 * *注：此任务书由课程设计指导教师填写。注：此任务书由课程设计指

4、导教师填写。 目录目录 1 前言.5 2 倒立摆控制理论研究现状 .6 2.1 经典控制理论的方法6 2.2 现代控制理论的方法6 2.3 智能控制理论的方法6 2.4 用模糊控制理论控制倒立摆 .7 2.5 用神经网络控制理论控制倒立摆 7 2.6 模糊控制与神经网络控制相结合控制倒立摆.7 2.7 神经网络与遗传算法结合控制倒立摆 .7 2.8 神经网络与预测控制算法相结合控制倒立摆.7 2.9 用拟人智能控制的方法控制倒立摆.8 2.10 用云模型控制倒立摆 8 3 直线一级倒立摆系统介绍 .9 4 固高倒立摆系统试验平台介绍 10 5 直线一级倒立摆的建模分析 13 5.1 直线一级倒立摆的状态方程的建立. 13 5.2 直线一级倒立摆系统的性能分析 15 6 直线一级倒立摆的控制. 16 6.1 一阶直线倒立摆的 PID 控制. 16 6.2 一阶直线倒立摆的极点配置法 19 6.3 一阶直线倒立摆的线性最优控制 23 7 总结. 28