倒立摆实验报告总结极点

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倒立摆实验报告

标签:文库时间:2025-02-13
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倒立摆实验报告

机自82

组员:李宗泽 李航 刘凯 付荣

直线一级倒立摆系统建模仿真实验

一、 实验目的:

1、学会收集和查阅资料,学会针对指定控制系统建立数学模型的方法;

2、学会使用Matlab/Simulink建模和仿真的方法;

3、掌握控制器的设计方法,以及控制器参数整定和优化的方法。 4.学习MATLAB工具软件在控制工程中的应用

5.掌握对实际系统进行建模的方法,熟悉利用MATLAB 对系统模型进行仿真,对实验结果进行观察和分析,非常直观的感受控制器的控制作用。 二. 实验设备

计算机及MATLAB.VC等相关软件 三.倒立摆系统介绍

倒立摆是机器人技术、控制理论、计算机控制等多个领域、多种技术的有机结合,其被控系统本身又是一个绝对不稳定、高阶次、多变量、强耦合的非线性系统,可以作为一个典型的控制对象对其进行研究。倒立摆系统作为控制理论研究中的一种比较理想的实验手段,为自动控制理论的教学、实验和科研构建一个良好的实验平台,以用来检验某种控制理论或方法的典型方案

倒立摆实验报告

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倒立摆实验报告

机自82

组员:李宗泽 李航 刘凯 付荣

直线一级倒立摆系统建模仿真实验

一、 实验目的:

1、学会收集和查阅资料,学会针对指定控制系统建立数学模型的方法;

2、学会使用Matlab/Simulink建模和仿真的方法;

3、掌握控制器的设计方法,以及控制器参数整定和优化的方法。 4.学习MATLAB工具软件在控制工程中的应用

5.掌握对实际系统进行建模的方法,熟悉利用MATLAB 对系统模型进行仿真,对实验结果进行观察和分析,非常直观的感受控制器的控制作用。 二. 实验设备

计算机及MATLAB.VC等相关软件 三.倒立摆系统介绍

倒立摆是机器人技术、控制理论、计算机控制等多个领域、多种技术的有机结合,其被控系统本身又是一个绝对不稳定、高阶次、多变量、强耦合的非线性系统,可以作为一个典型的控制对象对其进行研究。倒立摆系统作为控制理论研究中的一种比较理想的实验手段,为自动控制理论的教学、实验和科研构建一个良好的实验平台,以用来检验某种控制理论或方法的典型方案

倒立摆带降维观测器实验报告

标签:文库时间:2025-02-13
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一、实验目的和要求

(1) 了解倒立摆控制系统的原理和系统组成 (2) 加深对实际控制系统物理组成部分的认识和理解 (3)掌握线性系统控制器的设计、软件算法编制与实现

要求针对直线型一级或二级倒立摆系统,设计状态反馈控制器和状态观测器,完成对小车倒立摆的稳定控制。

二、实验内容和原理

以直线一级或二级倒立摆为研究对象,开展以下实验内容: (1)系统数学模型建模与分析 (2)倒立摆经典控制设计

(3)倒立摆状态反馈控制与状态观测器设计 (4)倒立摆实物控制调试

三、实验项目

(1)倒立摆前馈控制起摆研究 (2)能量控制起摆研究 (3)倒立摆经典控制器设计及调试 (4)倒立摆状态反馈控制器设计及调试

四、实验器材

倒立摆实验系统 GLIP 一套 计算机(MATLAB) 一台

五、操作方法与实验步骤

第一种起摆控制 (一)模型建立

一级倒立摆的模型示意图如下:

1

图1 直线倒立摆一级模型

由[1]可得到运动方程:

(mlcos??bx?(mlcos?)2??(ml)2sin?cos????(M?m)mlcos??u?(I?ml2)(M?m)??(M?m)mlsin?(I?ml2)(M?m)x?(I?ml2)bx?(I?ml2)ml?sin

一级倒立摆控制的极点配置方法

标签:文库时间:2025-02-13
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鞍山科技大学本科生毕业设计(论文) 第 I 页

一级倒立摆控制的极点配置方法

摘要

倒立摆系统是一个典型的多变量、非线性、强耦合和快速运动的自然不稳定系统。因此倒立摆在研究双足机器人直立行走、火箭发射过程的姿态调整和直升机飞行控制领域中有重要的现实意义,相关的科研成果己经应用到航天科技和机器人学等诸多领域。

本文通过极点配置, 实现了用现代控制理论对一级倒立摆的控制。利用牛顿第二定律及相关的动力学原理等建立数学模型,对小车和摆分别进行受力分析,并采用等效小车的概念,列举状态方程,进行线性化处理想, 最后通过极点配置,得到变量系数阵。利用Simulink建立倒立摆系统模型,特别是利用Mask封装功能, 使模型更具灵活性,给仿真带来很大方便。实现了倒立摆控制系统的仿真。仿真结果证明控制器不仅可以稳定倒立摆系统,还可以使小车定位在特定位置。

关键词: 倒立摆,数学建模,极点配置

鞍山科技大学本科生毕业设计(论文) 第 II 页

THE POLE PLACEMENT CONTROL TO A SINGLE

倒立摆带降维观测器实验报告

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一、实验目的和要求

(1) 了解倒立摆控制系统的原理和系统组成 (2) 加深对实际控制系统物理组成部分的认识和理解 (3)掌握线性系统控制器的设计、软件算法编制与实现

要求针对直线型一级或二级倒立摆系统,设计状态反馈控制器和状态观测器,完成对小车倒立摆的稳定控制。

二、实验内容和原理

以直线一级或二级倒立摆为研究对象,开展以下实验内容: (1)系统数学模型建模与分析 (2)倒立摆经典控制设计

(3)倒立摆状态反馈控制与状态观测器设计 (4)倒立摆实物控制调试

三、实验项目

(1)倒立摆前馈控制起摆研究 (2)能量控制起摆研究 (3)倒立摆经典控制器设计及调试 (4)倒立摆状态反馈控制器设计及调试

四、实验器材

倒立摆实验系统 GLIP 一套 计算机(MATLAB) 一台

五、操作方法与实验步骤

第一种起摆控制 (一)模型建立

一级倒立摆的模型示意图如下:

1

图1 直线倒立摆一级模型

由[1]可得到运动方程:

(mlcos??bx?(mlcos?)2??(ml)2sin?cos????(M?m)mlcos??u?(I?ml2)(M?m)??(M?m)mlsin?(I?ml2)(M?m)x?(I?ml2)bx?(I?ml2)ml?sin

倒立摆实验书 - 图文

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直线型一级倒立摆系统系列实验

实验九 倒立摆模型建立与仿真

实验目的

1、通过对倒立摆模型理论分析,建立状态空间模型。

2、结合经典控制理论和现代控制理论分析倒立摆系统的稳定性。 3、画出系统的状态、输出响应曲线。 实验指导

1、倒立摆工作原理

倒立摆系统通过计算机、I/O卡、伺服系统、倒立摆本体和光电码盘反馈测量元件组成一个闭环系统,其工作原理框图如图下所示。

图一中光电码盘1由伺服电机自带,小车的位移可以根据该码盘的反馈通过换算获得,速度信号可以通过对位移的差分得到。各个摆杆的角度由光电码盘2测量并直接反馈到I/O卡,而角速度信号可以通过对角度的差分得到。计算机从I/O卡实时读取数据,确定控制决策(电机的输出力矩),并发给I/O卡。I/O卡经过电控箱内部电路产生相应的控制量,驱动电机转动,使小车按控制要求进行运动,以达到控制目的。

图一 倒立摆系统工作原理框图

1

2、倒立摆系统建模

2

3

4

实验内容

1、根据推导的微分方程,以小车的加速度为输入量、摆杆的角度为输出量,写出传递函数。(提示:对微分方程进行拉斯变换)

2、将得到的传递函数,转换为零极点模型和状态

合肥工业大学自动控制理论综合实验倒立摆实验报告

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1、把上述参数代入,求解系统的实际模型; a) 摆杆角度和小车位移之间的传递函数;

M=1.096;m=0.109;b=0.1;l=0.25;I=0.0034;g=9.8; n1=[m*l 0 0];d1=[I+m*l^2 0 -m*g*l]; Phi1=tf(n1,d1)

返回:

Transfer function: 0.02725 s^2 -------------------- 0.01021 s^2 - 0.2671

b) 摆杆角度和小车加速度之间的传递函数;

继续输入: n2=[m*l];d2=d1; Phi2=tf(n2,d2) 返回:

Transfer function: 0.02725

-------------------- 0.01021 s^2 - 0.2671

c) 摆杆角度和小车所受外界作用力的传递函数;

继续输入:q=(M+m)*(I+m*l^2)-(m*l)^2; n3=[m*l/q 0 0];d3=[1 b*(I+m*l^2)/q -(M+m)*m*g*l/q -b*m*g*l/q 0]; Phi3=tf(n3,d3) 返回:

Transfer function:

合肥工业大学自动控制理论综合实验倒立摆实验报告

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1、把上述参数代入,求解系统的实际模型; a) 摆杆角度和小车位移之间的传递函数;

M=1.096;m=0.109;b=0.1;l=0.25;I=0.0034;g=9.8; n1=[m*l 0 0];d1=[I+m*l^2 0 -m*g*l]; Phi1=tf(n1,d1)

返回:

Transfer function: 0.02725 s^2 -------------------- 0.01021 s^2 - 0.2671

b) 摆杆角度和小车加速度之间的传递函数;

继续输入: n2=[m*l];d2=d1; Phi2=tf(n2,d2) 返回:

Transfer function: 0.02725

-------------------- 0.01021 s^2 - 0.2671

c) 摆杆角度和小车所受外界作用力的传递函数;

继续输入:q=(M+m)*(I+m*l^2)-(m*l)^2; n3=[m*l/q 0 0];d3=[1 b*(I+m*l^2)/q -(M+m)*m*g*l/q -b*m*g*l/q 0]; Phi3=tf(n3,d3) 返回:

Transfer function:

一阶倒立摆项目报告

标签:文库时间:2025-02-13
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一阶倒立摆

项 目 报 告

级自动化卓越班小组成员:李迎迎 张婧娴 姚红娟

李艳艳徐 山

13

目录

一、系统概述………………………………………………………1 1.1系统介绍……………………………………………………………1

1.2项目内容……………………………………………………………1 1.3系统分析步骤………………………………………………………1

二、数学建模

2.1受力分析……………………………………………………………2 2.2方框图………………………………………………………………2 三、根轨迹分析

3.1 设计控制器…………………………………………………………7 3.2根轨迹图……………………………………………………………10 四、频域分析

4.1校正后传递函数……………………………………………………11 4.2校正前后波特图……………………………………………………12

五、PID控制

5.1系统加入PID………………………………………………………13 5.2自动调节PID参数…………………………………………………13 5.3加入PID后的阶跃响应……………………………………………1

一阶倒立摆项目报告

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一阶倒立摆

项 目 报 告

级自动化卓越班小组成员:李迎迎 张婧娴 姚红娟

李艳艳徐 山

13

目录

一、系统概述………………………………………………………1 1.1系统介绍……………………………………………………………1

1.2项目内容……………………………………………………………1 1.3系统分析步骤………………………………………………………1

二、数学建模

2.1受力分析……………………………………………………………2 2.2方框图………………………………………………………………2 三、根轨迹分析

3.1 设计控制器…………………………………………………………7 3.2根轨迹图……………………………………………………………10 四、频域分析

4.1校正后传递函数……………………………………………………11 4.2校正前后波特图……………………………………………………12

五、PID控制

5.1系统加入PID………………………………………………………13 5.2自动调节PID参数…………………………………………………13 5.3加入PID后的阶跃响应……………………………………………1