自动控制课程设计报告---倒立摆系统的控制器设计

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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: 学生课程设计任务书 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 2009 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 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 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

2、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 10 分贝。 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(2st s 最大超调量%15% p 学生应完成的工作： 1、 利用设计指示书中推导的模型及任务书中的实际参数， 建立小车倒立摆的实际数学模型。 2、进行开环系统的时域分析。 3、利用根轨迹法设计控制器，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 PID 控制器，进行闭环系统的仿真分析。 6、所设计的控制器在倒立摆系统上的实时控制实验。 7、完成课程设计报告。 参考资料：

3、 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. 倒立摆与自动控制原理实验，2005 3、固高科技有限公司. 固高 MATLAB 实时控制软件用户手册，2005 4、Matlab/Simulink 相关资料 5、涂植英，陈今润. 自动控制原理. 重庆：重庆大学出版社，2005 6、胡寿松. 自动控制原理. 北京：科学出版社，2001 7、Katsuhiko 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；参考相关资料，消化课程设计内容，进行初步设计（3 天） ； 2、按课程设计的要求进行详细设计

4、（4 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（2 天） ； 4、课程设计答辩，实时控制验证（1 天） 。 任务下达日期 2011 年 12 月 12 日 完成日期 2011 年 12 月 23 日 指导教师 （签名） 学 生 （签 名） 目录 1 引言 1 2 倒立摆数学模型的建立 . 2 3 开环响应分析 . 5 3.1 利用 matlab 对未校正系统判稳. 5 3.2 根轨迹校正. 6 3.2.1 用 matlab 画出原系统未校正的根轨迹图 6 3.2.2 确定闭环期望极点的位置 . 7 3.2.3 设计超前校正装置 . 8 3.2.4 校正后系统的根轨迹 . 8 3.3 频率响应分析. 10 3.3.1 原开环传递函数的伯德图 . 10 3.3.2 选择控制器 11 3.3.3 计算出校正装置的参数 . 12 3.3.4 校正后的图形分析 . 13 4 结论和分析 . 15 5 参考文献 . 16 1 1 引言 人们对杂技顶杆表演都很熟悉。杂技演员的精湛技艺，给我们带来了激