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1、题目：倒立摆控制系统设计院（系） 信息科学与工程学院 专业 自动化 届别 2011届 学号 0715321025 姓名 李冰 指导老师李平（讲师）金福江(教授)华侨大学教务处印制2011年5月摘要54倒立摆是一种典型的快速、非线性、不稳定系统，一直是控制理论中的研究热点。本文主要研究一阶倒立摆在MATLAB环境下的PID控制仿真和GUI模块下的动画制作。本文采用牛顿-欧拉方法建立单级倒立摆的数学模型，利用已设定的单级倒立摆参数，计算出其传递函数。在倒立摆的数学模型和传递函数的基础上，利用MATLAB中的Simulink仿真工具对单级倒立摆的单回路及
2、双回路PID控制进行仿真分析，在仿真中采用工程整定方法中的临界比例法整定出合理的PID控制参数，单回路PID控制方案能满足对摆杆角度的控制，而对小车位置没有进行控制，得出系统最终不能达到稳定的结论；而以摆角为内环，小车位移为外环的双回路的PID控制能稳定的控制摆杆的角度和小车的位移，单级倒立摆系统能达到稳定的控制。关键词：倒立摆,建模,PID控制,仿真，MATLAB54ABSTRACTInvertedpendulumisakindoftypicalmodeloffast,multivariable,nonlinearity,absolutelyunstablesystem,wh
3、ichhasbeenaresearchfocusinthecontroltheoryallthetime.Thispaperstudiesfirst-orderinvertedpendulumintheMATLABenvironmentPIDcontrolsimulationandtheGUImoduleanimationunder.ThistextusingthemathematicalmodelwhichNewtonestablishedsingleinvertedpendulum,makeuseofthelinearizationandfallstepprocessing
4、totheprecisemodelnearbythework-point,usingtheparametersofgoogol’ssingleinvertedpendulum,calculatesitstransferredfunctions.ThearticlehassimplyintroducedthePIDcontrollerandtheSimulink’scharacteristicofsimulationtoolofMATLAB.AndusingthetheoreticalanalysisofthePIDcontrolbasedonthemathematicalmod
5、el,usingtheSimulinkcarriedonthesimulationanalysisofthesingleinvertedpendulum’ssingleloopanddoubleloopPIDcontroller,dollaterreasonablePIDcontrolledparametersinsimulation,thePIDcontrolledplansofthesingleloopcansatisfiedtothecontroloftheangleofpendulumrod,butnottothecontrolofthepositionofcar,ob
6、tainedtheconclusionthatthesystemfinallynottobeabletoachievethestability;buttaketheangleofthependulumastheinner-loop,takethedisplacementofthesmallcarastheouter-loopofdoubleloopsPIDcontrollercanstablycontroltheangleofthependulumandthedisplacementofthecar,thesingleinvertedpendulumsystembeingabl
7、etoachievethestablecontrolment.Keywords：InvertedPendulum,Modeling,PIDcontrol,Simulation,MATLAB54目录摘要1ABSTRACT2引言4第一章绪论61.1倒立摆研究现状61.2倒立摆研究的意义71.3倒立摆系统简介81.3.1倒立摆的分类81.3.2单级倒立摆系统组成10第2章单级倒立摆系统的建模132.1单级倒立摆的物理模型132.2单级倒立摆的数学模型142.2.1单级倒立摆数学建模142.2.2单
