直线一级倒立摆PID控制系统的研究

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1、倒立摆系统是一个典型的快速、多变量、非线性、不稳定系统，对倒立摆的控制研究无论从理论上和方法上都有深远的意义。本文首先概述ii动控制的发展和倒立摆系统研究的现状，介绍了倒立摆系统的组成。主要研究了直线一级倒立摆的数学模型和在分析影响其稳定性因素的基础上，探讨了几种PID的控制策略，设计出了几种不同的PID控制算法，并对直线一级倒立摆进行了Matlab仿真，结果表明这些算法对于设定值的影响和对干扰的抑制有较好的效果。ABSTRACTInvertedpendulumsystemisatypicalfast,multi-variable

2、,non-linearandunstablesystem,rightinvertedpendulumcontrolbothintheoryandmethodologywillhavefar-reachingsignificance・Inthispaper,Introducedpendulumsystemhardwarecomponents,thesingle-invertedpendulummodelmodeling,andanalysisoftheirstability;Researchinvertedpendulumcontr

3、olofseveralstrategicsdesignedcorrespondingtothecontroller,BasedonMATLAB,havedonealotofsimulationstudytocomparethevariouscontrolmethodsresults;Usingdesignmethodsforthecontrolofsingle-invertedpendulumsystemforreal-timecontrolandadjustmentofparametersthroughonlineandsudd

4、enjamming,studynaturecomposesinreplyinfactnowandthenthousandresistingharassingwaitingforafunction.KEYWORDS:Invertedpendulumlinear,PIDcontrol,MatlabSimulation第一章绪论11」课题背景11.2国内外研究现状2121国内研究现状31.2.2国外研究现状31.3本文研究内容4第二章直线一级倒立摆系统及数学模型72.1引言72.2系统概述72.3数学模型的定义82.3.1建立数学模型的

5、要求82.3.2数学模型建立的步骤92.3.3数学模型的建立方法92.4直线一级倒立摆数学模型的建立102.4.1传递函数132.4.2直线一级倒立摆系统的实际模型132.5本章小结14第三章一级倒立摆控制算法的研究153.1倒立摆的PID控制算法163.1.1PID控制原理163.1.2PID控制器的优点173.1.3PID控制规律的作用183.2数字PID控制183.3PID算法的改进193.3.1比例先行PID算法203.3.2积分分离PID算法203.3.3微分先行PID算法223.4本章小结22第四章一级倒立摆Matla

6、b仿真及参数整定234」系统仿真概述234.2倒立摆实物系统的控制软件244.3倒立摆的PID控制模型284.4通过MATLAB仿真来整定PID控制器的参数294.4.1PID参数整定的基本方法294.4.2simulink环境下PID参数的整定304.5本章小结40第五章结论与展望41致谢43参考文献45附录外文文献49第一章绪论1.1课题背景计算机的诞牛和发展给自动控制增添了先进的工具，现代控制理论的发展，乂给自动控制提供了新的理论支柱。经典和现代的控制理论与计算机技术相结合,出现了新型的计算机控制系统。计算机控制系统从诞牛时

7、起，就显示出强劲的发展势头，迅速的应用于各种自动控制中。特别是在多数入多输出的参数相互耦合的系统中、数学模型不易辨识的模糊系统中，得到广泛应用，起到不可取代的作用。多年以来，在过程控制中，按偏差的比例(D)、积分(I)、微分(D)进行控制的PID控制器，是应用最为广泛的一种自动控制器。而此次直线一级倒立摆系统正是基于PID的控制理论进行的研究。倒立摆是一种复杂、时变、非线性、强耦合、自然不稳定的高阶系统，许多抽象的控制理论概念都可以通过倒立摆实验直观的表现出来，而且在试验过程中，能有效的反映控制中的许多关键问题，但也正是由于其具有

8、非线性、多变量、强耦合和自然不稳定等显著特点，用其作为控制领域的研究对象既具代表性，乂具有一定的复杂性。在控制理论发展的过程中，某一理论的正确性及在实际应用中的可行性需要一个按其理论设计的控制器去控制一个典型对象来验证这一理论，倒立摆就是这样的一个