《自动控制原理》课程设计-单级移动倒立摆建模及串联超前校正设计

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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：0121011360101课程设计题目单级移动倒立摆建模及串联超前校正设计学院自动化学院专业自动化班级自动化1001班姓名指导教师2012年12月19日19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：专业班级：自动化1001班指导教师：工作单位：自动化学院题目:单级移动倒立摆建模及串联超前校正设计初始条件：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

2、主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，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超前校正装置。（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。（4）对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须进行原理分析，写清楚分析计算的过程及其比较分析的结果，并包含Matlab源程序或Simulink仿真模型，

3、说明书的格式按照教务处标准书写。19武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书时间安排：任务时间（天）指导老师下达任务书，审题、查阅相关资料2分析、计算2编写程序1撰写报告2论文答辩1指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日19武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书目录单级移动倒立摆建模及串联超前校正设计.............................51单级移动倒立摆的Newton方法建模...............................51.1非线性数学模型.............

4、.................................51.1.1被控对象系统建模分析....................................52倒立摆系统的串联超前校正装置校正分析..........................72.1未校正系统输出动态性能.......................................72.2系统的串联超前装置校正......................................102.2.1参数修正................

5、.............................102.2.2串联超前校正装置......................................132.3校正后系统的稳定性分析......................................133校正前系统与校正后系统的比较.................................164设计心得体会.................................................16参考文献...............

6、........................................17本科生课程设计成绩评定表.......................................1819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超前校正设计1单级移动倒立摆的Newton方法建模1.1非线性数学模型系统建模可以分为两种：机理建模和实验建模。实验建模就是通过在研究对象上加上一系列的研究者事先确定的输入信号，激励研究对象并通过传感器检测其可观测的输出，应用数学手段建立起系统的输入－输出关系。这里面包

7、括输入信号的设计选取，输出信号的精确检测，数学算法的研究等等内容。机理建模就是在了解研究对象的运动规律基础上，通过物理、化学的知识和数学手段建立起系统内部的输入－状态关系。对于倒立摆系统，由于其本身是自不稳定的系统，实验建模存在一定的困难。但是经过小心的假设忽略掉一些次要的因素后，倒立摆系统就是一个典型的运动的刚体系统，可以在惯性坐标系内应用经典力学理论建立系统的动力学方程。在此次的课程设计中我采用其中的Newton方法建立单级移动一级倒立摆系统的数学模型。1.1.1被控对象系统建模分析在忽略了空气阻力和各种摩擦力后，可将倒

8、立摆系统抽象成小车和均质杆组成的系统如下图1小车系统总体分析图。.设输入作用力为u，输出为摆角θ。图1小车总系统分析小车质量M=1；摆杆质量m=0.1；小车摩擦系数b=0；摆杆转动轴心到杆质心的长度l=1；摆杆惯量I=0.03；加在小车上的力F；19武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明