一级倒立摆实验报告
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倒立摆实验报告
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
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
实验七 直线一级倒立摆根轨迹控制实验
实验七 直线一级倒立摆系统根轨迹校正和仿真
一、实验目的
(1)了解直线倒立摆系统的组成以及系统建模的过程; (2)学习根轨迹法设计控制器的原理和方法;
(3)学习用MATLAB&SIMULINK对倒立摆系统建立模型的方法,并仿真实现; (4)学习用MATLAB实现倒立摆控制器的设计,并仿真实现; (5)了解根轨迹校正实时控制方法和过程。
二、实验设备
(1)直线倒立摆实验装置 (2)电控箱
(3)GT-400-SV-PCI运动控制卡 (4)计算机
(5)软件要求:Matlab6.5以上版本软件,VC++6.0软件,板卡自带Device Manager,倒立摆实时控制软件。
三、实验原理
3.1 倒立摆系统组成 (见附录4) 3.2 倒立摆系统模型 (见附录4) 3.3 根轨迹分析
闭环系统瞬态响应的基本特性与闭环极点的位置紧密相关,如果系统具有可变的环路增益,则闭环极点的位置取决于所选择的环路增益,从设计的观点来看,对于有些系统,通过简单的增益调节就可以将闭环极点移到需要的位置,如果只调节增益不能满足所需要的性能时,就需要设计校正器,常见的校正器有超前校正、滞后校正以及超前滞后校正等。
根据附录中公式(15)得到倒立舞者开环传递函数,输
一级倒立摆控制策略的研究
摘 要
倒立摆是一种复杂、时变、非线性、强耦合、自然不稳定的系统,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。因此,倒立摆系统经常被用来检验控制策略的实际效果,也广泛用于高年级本科生的实验教学,是现代控制理论研究与教学中的一种较为理想的实验设备。
本课题利用牛顿法对直线一级倒立摆的小车和摆杆部分进行理论建模和分析;在此基础上采用线性二次型最优控制方法(LQR)设计倒立摆的控制器;并且应用MATLAB软件对系统进行理论仿真,以达到较好的控制效果;最后,本文通过直线一级倒立摆实物调试平台验证该方案的可行性。
关键词:直线一级倒立摆;建模;线性二次型最优控制
Abstract
Inverted pendulum is a complex, time-dependent, nonlinear, strong coupling, system with natural instability, through the experiment of which many control theory of abstract concepts can be manifested intuitively. Therefore
直线一级倒立摆系统建模
内蒙古科技大学课程设计说明书
内蒙古科技大学 本科生课程设计论文
题 目:直线一级倒立摆系统建模
仿真实验
学生姓名:赵永明 学 号:1067112225 专 业:测控技术与仪器 班 级:10-2班 指导教师:梁丽
2013年 12 月 5 日
内蒙古科技大学课程设计说明书
摘 要
本文主要研究的是一级倒立摆的PID控制问题,并对其PID的参数进行了优化,优化算法是遗传算法。倒立摆是典型的快速、多变量、非线性、强耦合、自然不稳定系统。由于在实际中有很多这样的系统,因此对它的研究在理论上和方法论上均有深远的意义。本文首先简单的介绍了一下倒立摆以及倒立摆的控制方法,并对其参数优化算法做了分类介绍。然后,介绍了本文选用的优化参数的算法遗传算法的基本理论和操作方法。接着建立了一级倒立摆的数学模型,并求出其状态空间描述。本文着重讲述的是利用遗传算法来对PID的参数进行优化的实现方法。最后,用Simulink对系统进行了仿真,得出遗传算法在实际控制中是一种较为理想的PID参数优化方法的结论。
关键词:PID控制器;一级倒立摆;仿真
内蒙古科技大学课程设计说明书
目录
摘要 ............................
一级倒立摆控制策略的研究
摘 要
倒立摆是一种复杂、时变、非线性、强耦合、自然不稳定的系统,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。因此,倒立摆系统经常被用来检验控制策略的实际效果,也广泛用于高年级本科生的实验教学,是现代控制理论研究与教学中的一种较为理想的实验设备。
本课题利用牛顿法对直线一级倒立摆的小车和摆杆部分进行理论建模和分析;在此基础上采用线性二次型最优控制方法(LQR)设计倒立摆的控制器;并且应用MATLAB软件对系统进行理论仿真,以达到较好的控制效果;最后,本文通过直线一级倒立摆实物调试平台验证该方案的可行性。
关键词:直线一级倒立摆;建模;线性二次型最优控制
Abstract
Inverted pendulum is a complex, time-dependent, nonlinear, strong coupling, system with natural instability, through the experiment of which many control theory of abstract concepts can be manifested intuitively. Therefore
直线一级倒立摆系统建模
内蒙古科技大学课程设计说明书
内蒙古科技大学 本科生课程设计论文
题 目:直线一级倒立摆系统建模
仿真实验
学生姓名:赵永明 学 号:1067112225 专 业:测控技术与仪器 班 级:10-2班 指导教师:梁丽
2013年 12 月 5 日
内蒙古科技大学课程设计说明书
摘 要
本文主要研究的是一级倒立摆的PID控制问题,并对其PID的参数进行了优化,优化算法是遗传算法。倒立摆是典型的快速、多变量、非线性、强耦合、自然不稳定系统。由于在实际中有很多这样的系统,因此对它的研究在理论上和方法论上均有深远的意义。本文首先简单的介绍了一下倒立摆以及倒立摆的控制方法,并对其参数优化算法做了分类介绍。然后,介绍了本文选用的优化参数的算法遗传算法的基本理论和操作方法。接着建立了一级倒立摆的数学模型,并求出其状态空间描述。本文着重讲述的是利用遗传算法来对PID的参数进行优化的实现方法。最后,用Simulink对系统进行了仿真,得出遗传算法在实际控制中是一种较为理想的PID参数优化方法的结论。
关键词:PID控制器;一级倒立摆;仿真
内蒙古科技大学课程设计说明书
目录
摘要 ............................
一级倒立摆的PID控制设计
辽宁科技大学本科生毕业设计 第I页
一级倒立摆的PID控制设计
摘 要
本文主要研究的是一级倒立摆的PID控制问题,并用遗传算法对其PID的参数进行了优化。倒立摆是典型的快速、多变量、非线性、强耦合、自然不稳定系统。由于在实际中有很多类似于倒立摆的系统,因此对它的研究在理论上和方法论上均有深远的意义。本文首先简单地介绍了倒立摆以及倒立摆的控制方法,并对其参数优化算法做了分类介绍。然后,介绍了遗传算法的基本理论和操作方法。接着建立了一级倒立摆的数学模型,并求出其状态空间描述。本文主要采用遗传算法来对PID的参数进行优化,得到较好的PID参数。最后,用Simulink对系统进行了仿真,验证了该方法的有效性,证明遗传算法是较为理想的参数优化方法。
关键词:PID控制器;倒立摆;遗传算法;MATLAB仿真
辽宁科技大学本科生毕业设计 第II页
Abstract
This paper mainly studies the PID control problem of the single inverted pendulum and optimizes
一级倒立摆控制的极点配置方法
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
直线一级倒立摆控制系统仿真
毕业设计论文
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本科毕业设计论文
直线一级倒立摆控制系统仿真
摘要
倒立摆系统是自动控制领域典型的试验设备,它具有多变量、非线性、强耦合等特点,这些特点使倒立摆控制涉及控制理论的许多关键性问题,从而使倒立摆系统广泛应用于自动控制理论的研究与教学中。
毕业设计论文
对于倒立摆系统的控制研究长期以来被认为是控制领域里引起人们极大兴趣的问题。倒立摆系统是一个典型的快速、多变量、非线性、不稳定的系统。研究倒立摆系统能有效地反映控制中的许多问题。倒立摆研究具有重要的理论价值和应用价值。理论上,它是检验各种新的控制理论和方法的有效实验装置。应用上,倒立摆广泛应用于控制理论研究、航空航天控制、机器人、杂技顶杆表演等领域,在自动化领域中具有重要的价值。另外,由于此装置成本低廉,结构简单,便于用模拟、数字等不同方式控制,在控制理论教学和科研中也有很多应用。
本论文中,以一级倒立摆为研究对象,对它的起摆以及稳摆控制做了研究。主要研究工作如下:
1.
首先介绍了倒立摆系统的组成和控制原理,建立了一级倒立
摆的数学模型,对倒立摆系统进行定性分析,证明倒立摆开环不稳定的,但在平衡点是能控的能观的。
2.
设计了PID控制器和线性二次型(LQR)最优控制器,对系