倒立摆PID控制及MATLAB仿真.doc

PAGEIII摘要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在理论上和方法上都有深远的意义。本论文以实验室原有的直线一级倒立摆实验装置为平台，重点研究其PID控制方法，设计出相应的PID控制器，并将控制过程在MATLAB上加以仿真。本文主要研究内容是：首先概述自动控制的发展和倒立摆系统研究的现状；介绍倒立摆系统硬件组成，对单级倒立摆模型进行建模，并分析其稳定性；研究倒立摆系统的几种控制策略，分别设计了相应的控制器，以MATLAB为基础，做了大量的仿真研究，比较了各种控制方法的效果；借助固高科技MATLAB实时控制软件实验平台；利用设计的控制方法对单级倒立摆系统进行实时控制，通过在线调整参数和突加干扰等，研究其实时性和抗千扰等性能；对本论文进行总结，对下一步研究作一些展望。关键词：一级倒立摆，PID，MATLAB仿真目录TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc169678459"第1章自动控制概述PAGEREF_Toc169678459\h1HYPERLINK\l"_Toc169678460"1.1自动控制概念PAGEREF_Toc169678460\h1HYPERLINK\l"_Toc169678461"1.1.1开环控制PAGEREF_Toc169678461\h1HYPERLINK\l"_Toc169678462"1.1.2闭环控制PAGEREF_Toc169678462\h2HYPERLINK\l"_Toc169678463"1.2自动控制系统的分类PAGEREF_Toc169678463\h2HYPERLINK\l"_Toc169678464"1.2.1恒值系统、随动系统和程序控制系统PAGEREF_Toc169678464\h2HYPERLINK\l"_Toc169678465"1.2.2随机系统与自动调整系统PAGEREF_Toc169678465\h3HYPERLINK\l"_Toc169678466"1.2.3线性系统和非线性系统PAGEREF_Toc169678466\h3HYPERLINK\l"_Toc169678467"1.2.4连续系统与离散系统PAGEREF_Toc169678467\h3HYPERLINK\l"_Toc169678468"1.2.5单输入单输出系统和多输入多输出系统PAGEREF_Toc169678468\h3HYPERLINK\l"_Toc169678469"1.2.6集中参数系统和分布参数系统PAGEREF_Toc169678469\h4HYPERLINK\l"_Toc169678470"1.3对控制系统的性能要求PAGEREF_Toc169678470\h4HYPERLINK\l"_Toc169678471"1.4典型环节PAGEREF_Toc169678471\h5HYPERLINK\l"_Toc169678472"1.4.1比例环节PAGEREF_Toc169678472\h5HYPERLINK\l"_Toc169678473"1.4.2积分环节PAGEREF_Toc169678473\h5HYPERLINK\l"_Toc169678474"1.4.3微分环节PAGEREF_Toc169678474\h6HYPERLINK\l"_Toc169678475"1.4.4惯性环节PAGEREF_Toc169678475\h6HYPERLINK\l"_Toc169678476"1.4.5时滞环节PAGEREF_Toc169678476\h7HYPERLINK\l"_Toc169678477"第2章MATLAB仿真软件的应用PAGEREF_Toc169678477\h9HYPERLINK\l"_Toc169678478"2.1MATLAB的基本介绍PAGEREF_Toc169678478\h9HYPERLINK\l"_Toc169678479"2.2MATLAB的仿真PAGEREF_Toc169678479\h9HYPERLINK\l"_Toc169678480"2.3控制系统的动态仿真PAGEREF_Toc169678480\h10HYPERLINK\l"_Toc169678481"2.4小结PAGEREF_Toc169678481\h12HYPERLINK\l"_Toc169678482"第3章直线一级倒立摆系统及其数学模型PAGER