[倒立摆实验指导书(1)

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1、直线一级倒立摆PID控制实验1．实验目的理解并掌握PID控制的原理和方法，并应用于直线一级倒立摆的控制2．实验原理经典控制理论的研究对象主要是单输入单输出的系统，控制器设计时一般需要有关被控对象的较精确模型。PID控制器因其结构简单，容易调节，且不需对系统建立精确的模型，在控制上应用较广。比例（P作用）增大，系统响应快，对提高稳态精度有益，但过大易引起过度的振荡，降低相对稳定性。微分（D作用）对改善动态性能和抑制超调有利，但过强，即校正装置的零点靠近原点或者使开环的截止频率增大，不仅不能改善动态性能，反而易引入噪声干扰。积分（I作用）主要是消除或减弱稳态误差，但会延长调整时间，参数

2、调整不当容易振荡。3．小车倒立摆控制对象模型及系统图直线一级倒立摆闭环系统图4．实验内容及步骤（1）在Simulink中建立如图所示的直线一级倒立摆模型：（2）其中PIDController为封装（Mask）后的PID控制器，双击模块打开参数设置窗口：（3）调节PID参数，并通过示波器观察波形：（4）最终曲线满足条件：系统响应快，并且稳定时间短，超调量小。（5）仿真完成后进入实物控制，打开直线一级倒立摆PID控制界面：（进入MATLABSimulink实时控制工具箱“GoogolEducationProducts”打开“InvertedPendulumLinearInverted

3、PendulumLinear1-StageIPExperimentPIDExperiments”中的“PIDControlDem）（6）双击“PID”模块进入PID参数设置，如下图所示：把仿真得到的参数输入PID控制器，点击“OK”保存参数。（7）点击编译程序，完成后点击使计算机和倒立摆建立连接。（8）点击运行程序，缓慢提起倒立摆的摆杆到竖直向上的位置，在程序进入自动控制后松开，当小车运动到正负限位的位置时，用工具挡一下摆杆，使小车反向运动。5．记录实验结果并分析。记录摆杆的波形图，并分析控制的效果。