单级移动倒立摆建模及串联PID校正

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1、武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书学号：0121011350309课程设计题目单级移动倒立摆建模及串联PID校正学院自动化学院班级电气1003班姓名xxx指导教师刘志立2013年1月16日17武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书课程设计任务书学生姓名：xxx专业班级：电气1003班指导教师：刘志立工作单位：自动化学院题目:单级移动倒立摆建模及串联PID校正初始条件：图示为一个倒立摆装置，该装置包含一个小车和一个安装在小车上的倒立摆杆。由于小车在水平方向可适当移动，因此，控制小车的移动可使摆杆维持直立不倒。要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，

2、以及说明书撰写等具体要求）1、研究该装置的非线性数学模型，并提出合理的线性化方法，建立该装置的线性数学模型－传递函数（以u为输入，为输出）；2、要求系统输出动态性能满足试设计串联PID校正装置。3、用Matlab对校正后的系统进行仿真分析，比较校正装置加在线性化前的模型上和线性化后的模型上的时域响应有何区别，并说明原因。时间安排：任务时间（天）审题、查阅相关资料1分析、计算3编写程序1撰写报告2论文答辩0.5指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日17武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书目录摘要..............................

3、..............................11单级移动倒立摆系统的建模.....................................21.1倒立摆系统建模............................................21.2单级移动倒立摆的数学模型的线性化..........................32绘制校正前系统的Bode图和Nyquist图...........................42.1绘制Bode图.............................................

4、...42.绘制Nyquist图..............................................53单级移动倒立摆系统的串联PID校正...............................63.1设计PID控制器装置.........................................62.2确定PID参数...............................................74用MATLAB对校正后的系统进行校正分析...........................94.1绘制校正后系统的bod

5、e图....................................94.2绘制校正后系统的Nyquist图................................104.3系统校正后的比较..........................................115心得体会.....................................................12参考文献.......................................................13本科生课程设计成绩评定表.........

6、..............................1417武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书摘要倒立摆系统是一个典型的非线性多变量强耦合不稳定的非最小相位系统，在航天航空和机电一体化等领域得到了广泛的应用，如在火箭箭身的姿态稳定控制及机器人多自由运动稳定的设计都用到了倒立摆系统。近年来智能控制技术得到了飞速发展，以倒立摆作为研究对象，用各种智能控制技术解决非线性系统的稳定控制问题成为了诸多学者不断用来研究和验证的手段。因此对其进行工程化应用研究和更深度理论基础研究意义重大。倒立摆系统利用牛顿运动定律建立直线型一级倒立摆系统模型，基于PID控制的思想，运用

7、试探法整定PID参数，设计PID控制器控制倒立摆系统的稳定。由MATLAB仿真验证设计的控制器是合理的。关键词：倒立摆PID控制参数整定MATLAB17武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书单级移动倒立摆建模及串联PID校正1单级移动倒立摆系统的建模1.1倒立摆系统建模在惯性参考系的光滑水平平面上，放置一个可以水平于纸面方向左右自由移动的小车，一根钢性的摆杆通过末端的一个不计摩擦的固定点连接点与小车相连构成一个倒立摆。倒立摆和小车共同构成了单级移动倒立摆系统。倒立摆可以在平行于纸面180°的范围内自由摆动。倒立摆控制系统的