1、 自动控制理论课程设计 倒立摆系统的控制器设计 学生姓名： 指导教师： 班 级： 2010 自动化 4 班 课程设计任务书 课程设计题目 倒立摆系统的控制器设计倒立摆系统的控制器设计 学院 自动化学院 专业 自动化 年级 2010 级 1、已知参数和设计要求： M：小车质量 1.096kg m：摆杆质量 0.109kg b：小车摩擦系数 0.1N/sec l：摆杆转动轴心到杆质心的长度 0.25m I：摆杆惯量 0.0034kgm2 建立以小车加速度为系统输入，以摆杆角度为系统输出的被控对象数学模型。 分别用根轨迹法、频率特性法设计控制器使闭环系统满足要求的性能指标；调整 PID 控制器参数，
2、使闭环系统满足要求的性能指标。 2、利用根轨迹法设计控制器，使得校正后系统的性能指标满足： 调整时间误差带）误差带）%(.250st s 最大超调量%10% p 3、利用频率特性法设计控制器，使得校正后系统的性能指标满足： (1) 系统的静态位置误差常数为 10； (2) 相位裕量为 50； (3) 增益裕量等于或大于 10dB。 4、设计或调整 PID 控制器参数，使得校正后系统的性能指标满足： 调整时间误差带）%2(2sts 最大超调量%15% p 学生应完成的工作： 1、利用设计指示书中的实际参数，通过机理推导，建立倒立摆系统的实际数 学模型。 2、进行开环系统的时域分析。 3、利用根轨
3、迹法设计控制器，进行闭环系统的仿真分析。 4、利用频域法设计控制器，进行闭环系统的仿真分析。 5、设计或调整 PID 控制器参数，进行闭环系统的仿真分析。 6、将所设计的控制器在倒立摆系统上进行实时控制实验。 7、完成课程设计报告。 参考资料： 1、固高科技有限公司.直线倒立摆安装与使用手册 R1.0，2005 2、固高科技有限公司. 固高 MATLAB 实时控制软件用户手册，2005 3、Matlab/Simulink 相关资料 4、谢昭莉，李良筑，杨欣. 自动控制原理. 北京：机械工业出版社，2012 5、胡寿松. 自动控制原理（第五版）. 北京：科学出版社，2007 6、Katsuhik
4、o Ogata. 现代控制工程. 北京：电子工业出版社，2003 课程设计的工作计划： 1、布置课程设计任务；消化课程设计内容，查阅并参考相关资料，进行初步 设计（3 天） ； 2、按课程设计的要求进行详细设计（3 天） ； 3、进行实时控制实验，并按课程设计的规范要求撰写设计报告（3 天） ； 4、课程设计答辩，实时控制验证（1 天） 。 任务下达日期 2012 年 12 月 24 日 完成日期 2013 年 1 月 6 日 指导教师 （签名） 学 生 （签名） 摘要及关键词摘要及关键词： 自动化技术在现代社会的应用越来越广泛，掌握好自动控制理论，并学会设 计相应的控制器，实现一定的实际控制
5、功能对本专业的学生来说是基本功扎实的 良好体现，也是将来能对提高社会生产力做自己的贡献的前提。因此，此次设计 我们将比较详细的讨论控制器的根轨迹设计，频域分析法以及 PID 控制器设计。 关键词：自动化技术，自动控制理论，控制器，根轨迹，频域分析，PID 控制 器 目录 1.引言 1.11.1 控制理论的发展控制理论的发展 1.2 1.2 课程设计的概述课程设计的概述 1.2.1 什么是工程设计 1.2.2 什么是控制系统设计 1.2.3 什么是课程设计 2.倒立摆系统概述 2.12.1 倒立摆系统简述倒立摆系统简述 2.22.2 倒立摆系统的分类倒立摆系统的分类 2.32.3 倒立摆的特性倒
6、立摆的特性 3.控制器设计方法 4.控制器设计过程 4.14.1 建立数学模型建立数学模型 4.24.2 根轨迹分析法设计根轨迹分析法设计 4.2.1 根轨迹分析 4.2.2 根轨迹计算与校正 4.34.3 频域分析法设计频域分析法设计 4.3.1 频域法分析 4.3.2 频域法计算与校正 4.4PID4.4PID 控制器控制器 4.4.1PID 控制器的概念 4.4.2PID 参数设定及仿真 5.总结及心得体会 1 目录 1.11.1 控制理论的发展控制理论的发展 自动控制科学和工程是 20 世纪最重要的科学理论和成就之一，其各个阶段理 论的发展及技术进步都与生产和社会实践密切相关。 一般认为，自动化技术学科，萌芽于 1765 年俄国人波尔佐诺夫发明蒸汽锅炉 水位调节器和 1784 年英国人瓦特发明蒸汽机离心飞锤式调速器。从那时起的一百 多年来，随着社会生产力的发展和需要，自动控制技术和理论也得到不断的发展 和提高。20 世纪 50 年代末 60 年代初，由于空间技术发展的需要，对自动控
